Фотодетекция

Эта статья предоставляет недостаточный контекст для тех, кто не знаком с предметом . Пожалуйста, помогите улучшить статью , предоставив читателю больше контекста . ( Февраль 2014 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

В своей исторической статье «Квантовая теория оптической когерентности» ^[1] Рой Дж. Глаубер заложил прочную основу для квантовой электроники / квантовой оптики . Экспериментальное развитие оптического мазера, а затем и лазера в то время сделало классическую концепцию оптической когерентности недостаточной. Глаубер начал с квантовой теории обнаружения света, рассматривая процесс фотоионизации, в котором фотодетектор запускается ионизирующим поглощением фотона. В квантовой теории излучения оператор электрического поля в кулоновской калибровке можно записать как сумму положительной и отрицательной частотных частей

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

где

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

Можно расширить в терминах нормальных режимов следующим образом:${\ Displaystyle E ^ {(+)} (\ mathbf {r}, т)}$

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

где - единичные векторы поляризации; это разложение имеет тот же вид, что и классическое разложение, за исключением того, что теперь амплитуды поля являются операторами. ${\displaystyle \mathbf {\varepsilon } _{j}}$${\displaystyle {\hat {a}}_{j}}$

Глаубер показал, что для идеального фотодетектора, расположенного в точке поля излучения, вероятность наблюдения события фотоионизации в этом детекторе между временем и пропорциональна , где${\displaystyle \mathbf {r} }$${\displaystyle {t}}$${\displaystyle {\it {t}}+d{\it {t}}}$${\displaystyle W_{I}(\mathbf {r} ,t)d{\it {t}}}$

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

и определяет 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${\displaystyle |\psi \rangle }$

${\displaystyle \langle {\hat {a}}_{j}^{\dagger }{\hat {a}}_{j}\rangle }$

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

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

Поскольку не равен 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 .${\displaystyle {\hat {a}}_{j}^{\dagger }{\hat {a}}_{j}}$${\displaystyle {\hat {a}}_{j}{\hat {a}}_{j}^{\dagger }}$

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

Ссылки [ править ]