Фотодетекция - Photodetection

Эта статья предоставляет недостаточный контекст для тех, кто не знаком с предметом. Пожалуйста помоги улучшить статью к обеспечение большего контекста для читателя. (Февраль 2014) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

В своей исторической статье «Квантовая теория оптической когерентности»^[1] Рой Дж. Глаубер заложить прочную основу для квантовая электроника /квантовая оптика предприятие. Экспериментальная разработка оптического мазер и позже лазер в то время сделали классическую концепцию оптическая когерентность неадекватный. Глаубер начал с квантовой теории обнаружения света, рассматривая процесс фотоионизации, при котором фотодетектор запускается ионизирующим поглощением фотона. В квантовой теории излучения оператор электрического поля в кулоновской калибровке может быть записан как сумма положительной и отрицательной частотных частей

${displaystyle E (mathbf {r}, t) = E ^ {(+)} (mathbf {r}, t) + E ^ {(-)} (mathbf {r}, t)}$

куда

${displaystyle E ^ {(-)} (mathbf {r}, t) = E ^ {(+)} (mathbf {r}, t) ^ {dagger}}$

Можно расширить ${displaystyle E ^ {(+)} (mathbf {r}, t)}$ с точки зрения нормальных режимов следующим образом:

${displaystyle E ^ {(+)} (mathbf {r}, t) = isum _ {j} left ({frac {hbar omega _ {j}} {2}} ight) ^ {1/2} {hat { a}} _ {j} mathbf {varepsilon} _ {j} e ^ {i (mathbf {k} _ {j} cdot mathbf {r} -omega _ {j} t)}}$

куда ${displaystyle mathbf {varepsilon} _ {j}}$ - единичные векторы поляризации; это разложение имеет ту же форму, что и классическое разложение, за исключением того, что теперь амплитуды поля ${displaystyle {hat {a}} _ {j}}$ операторы.

Глаубер показал, что для идеального фотоприемника, расположенного в точке ${displaystyle mathbf {r}}$ в поле излучения вероятность наблюдения события фотоионизации в этом детекторе между временем ${displaystyle {t}}$ и ${displaystyle {it {t}} + d {it {t}}}$ пропорционально ${displaystyle W_ {I} (mathbf {r}, t) d {it {t}}}$, куда

${displaystyle {W_ {I} (mathbf {r}, t)} = langle psi mid {E ^ {(-)} (mathbf {r}, t)} cdot {E ^ {(+)} (mathbf {r }, t)} средний угол psi}$

и ${displaystyle | psi angle}$ указывает состояние поля. Поскольку поле излучения является квантово-механическим, мы не знаем точных свойств падающего света, и вероятность должна быть усреднена, как в классической теории, чтобы быть пропорциональной

${displaystyle langle {hat {a}} _ {j} ^ {dagger} {hat {a}} _ {j} angle}$

где угловые скобки означают среднее по световому полю. Значение квантовой теории когерентности заключается в упорядочении творчество и разрушение операторы ${displaystyle {hat {a}} _ {j} ^ {dagger}}$ и ${displaystyle {hat {a}} _ {j}}$:

${displaystyle [{hat {a}} _ {j}, {hat {a}} _ {j} ^ {dagger}] = 1}$

С ${displaystyle {hat {a}} _ {j} ^ {dagger} {hat {a}} _ {j}}$ не равно ${displaystyle {hat {a}} _ {j} {hat {a}} _ {j} ^ {dagger}}$ для светового поля порядок делает квантовые статистические измерения (такие как счет фотонов) весьма отличными от классических, то есть неклассических свойств света, таких как антигруппировка фотонов.

Более того, теория фотодетектирования Глаубера имеет далеко идущее фундаментальное значение для интерпретация квантовой механики. Теория обнаружения Глаубера отличается от вероятностной интерпретации Борна:^[2] в том, что он выражает смысл физического закона в терминах измеряемых фактов (отношений), подсчета событий в процессах обнаружения, без принятия модели частиц материи. Эти концепции вполне естественно приводят к реляционному подходу к квантовой физике.

Рекомендации