Foton má specifickou vlnovou délku $ \ lambda $. Představte si, že jsme vytvořili pulz blokovaný režimem s opakovací frekvencí $ 80 \: \ text {MHz} $, tj. Pulzy jsou odděleny $ 13 \: \ text {ns} $. Délka pulzu je $ 4 \: \ text {ps} $, chápu, že puls má velmi široký frekvenční rozsah. Lze si představit, že puls se skládá z mnoha monochromatických vln s různými vlnovými délkami, které se sčítají ve fázi (v médiu bez disperze). Pokud je tedy špičkový výkon 100 $ \: \ text {W} $ a chtěl bych vypočítat počet fotonů v pulzu, jak mám vzít váhu každé vlnové délky? Nebo by měl člověk jednoduše vypočítat pomocí středové vlnové délky? Myslím, že jiné složky hrají roli v různých energiích.
Celá myšlenka této otázky spočívá v tom, že musím provést experiment s korelací jednoho fotonu kombinací jednoho fotonu (ze slabého signálu) s pulzem ( Pokud však člověk detekuje puls, jak by mohl ten, který má vlnovou délku, převést jediný foton? Představoval jsem si, že puls je složen z mnoha fotonů, které se sčítají.
Aktualizace: Můj přítel navrhl, že pokud je puls pumpy kombinován s fotonem ze slabého signálu, máte středovou vlnovou délku pulzu v kombinaci se středovou vlnovou délkou fotonu, abyste získali novou frekvenci, a mohli byste odfiltrovat další složky vlnové délky a provést detekci jediného fotonu.
Odpovědět
Lasing je kvantově mechanický efekt a frekvence má velmi úzké rozdělení frekvence od šířky čar energetické úrovně v přechodech. Šířky čar viz tento odkaz .
Takže způsob, jakým bych zacházel s nalezením energie časového intervalu na laserovém paprsku, je integrace klasického elektrického pole na druhou složeného s frekvenčním rozdělením, tj. získání energie pro tento časový interval. Najděte průměrnou frekvenci fotonu pomocí stejného rozdělení a rozdělte energii v pulzu na průměrnou energii fotonu E = h * nu energii. To by mělo dát počet fotonů s chybou danou šířkou Lorentzianova rozdělení.
Impuls by byl složen z enormního počtu fotonů (foton patří do rámce kvantové mechaniky), v superpozice jejich vlnových funkcí tvořících klasické pole. Pokud víte, QED, jak k tomu dochází, je diskutováno zde .
Měření jednotlivých fotonů jsou zobrazena zde.
Odpověď
Snadný přístup je vzít celkovou energii pulzu a rozdělit ji na střední časy optické pulzace $ \ hbar $: $$ N_ {photons} \ přibližně \ frac {\ text {Celková energie One Pulse}} {\ hbar \ omega_ {center}} = \ frac {\ int_0 ^ {+ \ infty} dt P_ {opt} (t)} {\ hbar \ omega_ {center}} $$
Tato aproximace platí, když je spektrální šířka pulzu $ \ Delta \ omega $ malá ve srovnání se středovou pulzací $ \ omega_ {center} $.
Když začnete pracovat s ultrakrátkými pulsy (doba trvání pulzu klesá a jeho spektrální šířka se zvětšuje), možná budete muset počítat s distribucí spektrálních pulzací vašich fotonů, kterou můžete měřit pomocí například optický spektrální analyzátor.
Na zdraví
Odpověď
Pracoval jsem jako inženýr firmwaru pro femto – druhý laser Maitai. Toto je automatizovaná verze tsunami, v oboru dobře známého laseru.
Frekvence nebo vlnová délka se upravuje pohybem štěrbiny v dráze hranolu a šířka pásma se upravuje úpravou otevírání štěrbina. Maximální účinnost je při 800 nm.
Rozdělení frekvence je gaussovské, popisuje symetrické rozdělení nad a pod 800 nm a tvar podobný jakékoli férové kostce, jak je vidět ve statistické matematice. To znamená, že můžete vypočítat počet fotonů, jako kdyby byly všechny na stejné frekvenci.
Komentáře
- I ' Nejsem si jistý, zda souhlasím s tím, že se nejedná o odpověď. Součástí otázky je " jak zohledním šíření vlnových délek, mohu použít pouze centrální hodnotu? " a toto je odpověď, která definuje některé okolnosti, za nichž je použití centrální hodnoty rozdělení vlnové délky / frekvence v pořádku.