Foton ma określoną długość fali $ \ lambda $. Wyobraź sobie, że stworzyliśmy impuls z synchronizacją modów o częstotliwości powtarzania 80 $ \: \ text {MHz} $, tj. Impulsy są oddzielone 13 $ \: \ text {ns} $. Czas trwania impulsu wynosi 4 dolary \: \ text {ps} $, rozumiem, że impuls ma bardzo szeroki zakres częstotliwości. Można sobie wyobrazić, że impuls składa się z wielu fal monochromatycznych o różnych długościach, zsumowanych w fazie (w ośrodku bezdyspersyjnym). Tak więc, jeśli moc szczytowa wynosi 100 $ \: \ text {W} $ i chcę obliczyć liczbę fotonów w impulsie, jak mam obliczyć wagę każdej długości fali? Czy też należy po prostu obliczyć, używając środkowej długości fali? Myślę, że inne składniki odgrywają rolę w innej energii.
Cała idea tego pytania polega na tym, że muszę przeprowadzić eksperyment korelacji pojedynczego fotonu, łącząc pojedynczy foton (ze słabego sygnału) z impulsem ( z silnej pompy), jeśli jednak ktoś wykryje impuls, w jaki sposób ktoś, którego długość fali może przekształcić pojedynczy foton w górę? Wyobraziłem sobie, że impuls składa się z wielu fotonów sumujących się razem.
Aktualizacja: Mój przyjaciel zaproponował, że jeśli impuls pompy jest połączony z fotonem ze słabego sygnału, masz środkową długość fali impulsu połączoną z środkową długością fali fotonu, aby uzyskać nową częstotliwość i możesz odfiltrować inne składowe długości fali, aby wykonać detekcję pojedynczego fotonu.
Odpowiedź
Lasing jest efektem mechaniki kwantowej, a częstotliwość ma bardzo wąski rozkład częstotliwości od szerokości linii poziomu energii w przejściach. Zobacz ten link , aby zobaczyć szerokości linii.
Tak więc sposób, w jaki podjąłbym się znalezienia energii przedziału czasu w wiązce laserowej, to całkowanie klasycznego pola elektrycznego złożonego do kwadratu z rozkładem częstotliwości, tj. uzyskanie energii dla tego przedziału czasu. Znajdź średnią częstotliwość fotonu, używając tego samego rozkładu, i podziel energię w impulsie przez średnią energię fotonu E = h * nu. To powinno dać liczbę fotonów z błędem określonym przez szerokość rozkładu Lorentza.
Impuls byłby złożony z ogromnej liczby fotonów (foton należy do struktury mechaniki kwantowej) w superpozycja ich funkcji falowych tworzących klasyczne pole. Jeśli wiesz, QED, jak to się dzieje, jest omówione tutaj .
Pomiary pojedynczych fotonów są pokazane tutaj.
Odpowiedź
Łatwym podejściem jest obliczenie całkowitej energii impulsu i podzielenie jej przez razy środkowej pulsacji optycznej $ \ hbar $: $$ N_ {fotony} \ ok \ frac {\ text {Całkowita energia One Pulse}} {\ hbar \ omega_ {center}} = \ frac {\ int_0 ^ {+ \ infty} dt P_ {opt} (t)} {\ hbar \ omega_ {center}} $$
To przybliżenie zachodzi, gdy szerokość widmowa impulsu $ \ Delta \ omega $ jest mała w porównaniu z pulsacją środkową $ \ omega_ {center} $.
Kiedy zaczynasz pracować z ultrakrótkimi impulsami (czas trwania impulsu maleje, a szerokość widma wzrasta), być może będziesz musiał wziąć pod uwagę rozkład pulsacji widmowych fotonów, który możesz zmierzyć za pomocą na przykład analizator widma optycznego.
Pozdrawiam
Odpowiedź
Pracowałem jako inżynier oprogramowania układowego dla femto -drugi laser Maitai. To jest zautomatyzowana wersja tsunami, dobrze znanego w branży lasera.
Częstotliwość lub długość fali jest regulowana przez przesunięcie szczeliny na ścieżce pryzmatu, a szerokość pasma jest regulowana przez modyfikację otwarcia szczelina. Maksymalna wydajność to 800 nm.
Rozkład częstotliwości jest gaussowski, opisując symetryczny rozkład powyżej i poniżej 800 nm oraz kształt podobny do każdej dobrej kostki, jak widać w matematyce statystycznej. Oznacza to, że możesz obliczyć liczbę fotonów, na przykład gdyby wszystkie miały tę samą częstotliwość.
Komentarze
- I ' nie jestem pewien, zgadzam się, że to jest brak odpowiedzi. Częściowo pytanie brzmi: " jak uwzględnić rozrzut w długościach fal, czy mogę po prostu użyć wartości centralnej? " i to jest odpowiedzią, która określa pewne okoliczności, w których użycie centralnej wartości rozkładu długości fali / częstotliwości jest w porządku.