Foton har en bestemt bølgelengde $ \ lambda $. Tenk deg at vi opprettet en moduslåst puls, med $ 80 \: \ text {MHz} $ repetisjonsfrekvens, dvs. puls er atskilt med $ 13 \: \ text {ns} $. Pulsvarigheten er $ 4 \: \ text {ps} $, jeg forstår at pulsen har et veldig bredt frekvensområde. Man kan forestille seg at en puls er sammensatt av mange monokromatiske bølger med forskjellige bølgelengder som legger seg sammen i fase (i dispersjonsfritt medium). Så hvis toppeffekten er $ 100 \: \ text {W} $, og jeg ønsker å beregne antall fotoner i en puls, hvordan skal jeg ta vekten av hver bølgelengde? Eller burde man bare beregne ved hjelp av senterbølgelengden? Jeg tror andre komponenter spiller en rolle i annen energi.
Hele ideen med dette spørsmålet er at jeg må gjøre et enkelt foton korrelasjonseksperiment ved å kombinere en enkelt foton (fra det svake signalet) med en puls ( fra den sterke pumpen), Men hvis man oppdager pulsen, hvordan kunne en hvilken bølgelengde oppkonverterer enkeltfotonen? Jeg forestilte meg at pulsen er sammensatt av mange fotoner som legger sammen.
Oppdatering: Min venn foreslo at hvis pumpepulsen kombinert med fotonet fra et svakt signal, har du pulsens midtbølgelengde kombinert med midtbølgelengden av fotonet, for å få en ny frekvens, og du kan filtrere ut andre bølgelengdekomponenter for å utføre en enkelt fotonegistrering.
Svar
Lasing er en kvantemekanisk effekt, og frekvensen har en veldig smal fordeling i frekvens fra bredden på energinivålinjene i overganger. Se denne lenken for linjebredder.
Så måten jeg vil behandle for å finne energien til et tidsintervall på en laserstråle er å integrere det klassiske elektriske feltet i kvadrat foldet med frekvensfordelingen, dvs. få energien til det tidsintervallet. Finn den gjennomsnittlige fotonfrekvensen, ved å bruke den samme fordelingen, og del energien i pulsen med den gjennomsnittlige foton E = h * nu energi. Det skulle gi antall fotoner med en feil gitt av bredden på den Lorentziske fordelingen.
En puls ville være sammensatt av et enormt antall fotoner, (et foton hører til kvantemekanikkens rammeverk), i superposisjon av deres bølgefunksjoner som utgjør det klassiske feltet. Hvis du vet QED hvordan dette skjer, diskuteres her .
Enkeltfotonmålinger vises her.
Svar
En enkel tilnærming er å ta pulsenes totale energi og dele den med den midtre optiske pulsasjonstiden $ \ hbar $: $$ N_ {fotoner} \ approx \ frac {\ text {Total energi av One Pulse}} {\ hbar \ omega_ {center}} = \ frac {\ int_0 ^ {+ \ infty} dt P_ {opt} (t)} {\ hbar \ omega_ {center}} $$
Denne tilnærmingen holder når spektralbredden til pulsen $ \ Delta \ omega $ er liten sammenlignet med midtpulsasjonen $ \ omega_ {center} $.
Når du begynner å jobbe med ultrakorte pulser (varigheten av pulsen reduseres og spektralbredden øker), kan det hende du må redegjøre for spektralpulsasjonsfordelingen av fotonene dine, som du kan måle via en optisk spektrumanalysator for eksempel.
Skål
Svar
Jeg jobbet som firmwareingeniør for femto – andre laser Maitai. Dette er den automatiserte versjonen av tsunamien, en velkjent laser i bransjen.
Frekvensen eller bølgelengden justeres ved å flytte en spalte i banen til et prisme, og båndbredden justeres ved å endre åpningen av spalten. Maksimal effektivitet er 800 nm.
Frekvensfordelingen er gaussisk, som beskriver en symetrisk fordeling over og under 800 nm og en form som ligner på en hvilken som helst rettferdig terning som sett i statistisk matematikk. Dette betyr at du kan beregne antall fotoner som om de alle hadde samme frekvens.
Kommentarer
- I ' er ikke sikker på at jeg er enig i at dette er et ikke-svar. En del av spørsmålet er " hvordan tar jeg hensyn til spredningen i bølgelengdene, kan jeg bare bruke den sentrale verdien? " og dette er et svar som definerer noen omstendigheter der det er greit å bruke den sentrale verdien av bølgelengde / frekvensfordeling.