El fotón tiene una longitud de onda específica $ \ lambda $. Imagine que creamos un pulso de modo bloqueado, con una tasa de repetición de $ 80 \: \ text {MHz} $, es decir, los pulsos están separados por $ 13 \: \ text {ns} $. La duración del pulso es $ 4 \: \ text {ps} $, entiendo que el pulso tiene un rango de frecuencia muy amplio. Uno puede imaginarse, un pulso está compuesto por muchas ondas monocromáticas con diferentes longitudes de onda que se suman en fase (en un medio sin dispersión). Entonces, si la potencia máxima es $ 100 \: \ text {W} $ y deseo calcular el número de fotones en un pulso, ¿cómo se supone que debo tomar la ponderación de cada longitud de onda? ¿O debería uno simplemente calcular usando la longitud de onda central? Creo que otros componentes juegan un papel en diferentes energías.
Toda la idea de esta pregunta es que tengo que hacer un experimento de correlación de un solo fotón combinando un solo fotón (de la señal débil) con un pulso ( de la bomba fuerte), sin embargo, si uno detecta el pulso, ¿cómo podría uno cuya longitud de onda convierta el fotón único? Me imaginé que el pulso se compone de muchos fotones que se suman.
Actualización: Mi amigo propuso que si el pulso de la bomba se combina con el fotón de una señal débil, tienes la longitud de onda central del pulso combinada con la longitud de onda central del fotón, para obtener una nueva frecuencia, y podría filtrar otros componentes de longitud de onda, para hacer una detección de fotón único.
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El láser es un efecto mecánico cuántico, y la frecuencia tiene una distribución de frecuencia muy estrecha a partir del ancho de las líneas de nivel de energía en las transiciones. Consulte este enlace para ver los anchos de línea.
Entonces, la forma en que trataría de encontrar la energía de un intervalo de tiempo en un rayo láser es integrar el campo eléctrico clásico al cuadrado plegado con la distribución de frecuencia, es decir, obtener la energía para ese intervalo de tiempo. Encuentre la frecuencia promedio de los fotones, usando la misma distribución, y divida la energía en el pulso por la energía promedio del fotón E = h * nu. Eso debería dar el número de fotones con un error dado por el ancho de la distribución de Lorentz.
Un pulso estaría compuesto por una enorme cantidad de fotones (un fotón pertenece al marco de la mecánica cuántica), en superposición de sus funciones de onda que componen el campo clásico. Si conoce QED, se explica aquí cómo sucede esto.
Las mediciones de un solo fotón se muestran aquí.
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Un enfoque fácil es tomar la energía total del pulso y dividirla por los tiempos de pulsación óptica central $ \ hbar $: $$ N_ {fotones} \ approx \ frac {\ text {Energía total de One Pulse}} {\ hbar \ omega_ {center}} = \ frac {\ int_0 ^ {+ \ infty} dt P_ {opt} (t)} {\ hbar \ omega_ {center}} $$
Esta aproximación es válida cuando el ancho espectral del pulso $ \ Delta \ omega $ es pequeño en comparación con la pulsación central $ \ omega_ {center} $.
Cuando empiece a trabajar con pulsos ultracortos (la duración del pulso disminuye y su ancho espectral aumenta), es posible que deba tener en cuenta la distribución de pulsaciones espectrales de sus fotones, que podría medir mediante un analizador de espectro óptico, por ejemplo.
Saludos
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Trabajé como ingeniero de firmware para femto -segundo láser Maitai. Esta es la versión automatizada del tsunami, un láser muy conocido en la industria.
La frecuencia o longitud de onda se ajusta moviendo una rendija en la trayectoria de un prisma y el ancho de banda se ajusta modificando la apertura de la hendidura. La máxima eficiencia está a 800 nm.
La distribución de frecuencia es gaussiana, describiendo una distribución simétrica por encima y por debajo de 800 nm y una forma similar a cualquier dado normal como se ve en matemáticas estadísticas. Esto significa que puede calcular la cantidad de fotones como si todos tuvieran la misma frecuencia.
Comentarios
- I ' No estoy seguro de estar de acuerdo en que esto no es una respuesta. Parte de la pregunta es " ¿cómo puedo tener en cuenta la extensión en las longitudes de onda? ¿Puedo usar el valor central? " es una respuesta que define algunas circunstancias en las que está bien usar el valor central de la distribución de longitud de onda / frecuencia.