Foton har en specifik våglängd $ \ lambda $. Tänk dig att vi skapade en lägeslåst puls med $ 80 \: \ text {MHz} $ repetitionsfrekvens, dvs puls är åtskilda av $ 13 \: \ text {ns} $. Pulslängden är $ 4 \: \ text {ps} $, jag förstår att pulsen har ett mycket brett frekvensområde. Man kan föreställa sig att en puls består av många monokromatiska vågor med olika våglängder som sammanfogas i fas (i dispersionsfritt medium). Så om toppeffekten är $ 100 \: \ text {W} $ och jag vill beräkna antalet fotoner i en puls, hur ska jag ta vikten för varje våglängd? Eller ska man helt enkelt beräkna med hjälp av mittvåglängden? Jag tror att andra komponenter spelar en roll i olika energier.
Hela tanken med denna fråga är att jag måste göra enstaka foton korrelationsexperiment genom att kombinera en enda foton (från den svaga signalen) med en puls ( från den starka pumpen), Men om man upptäcker pulsen, hur kunde en som våglängd uppkonverterar den enskilda foton? Jag föreställde mig att pulsen består av många fotoner som läggs ihop.
Uppdatering: Min vän föreslog att om pumppulsen kombineras med foton från en svag signal, så har du pulsens mittvåglängd kombinerad med mittvåglängden av foton, för att få en ny frekvens, och du kan filtrera bort andra våglängdskomponenter, för att göra en enstaka fotondetektering.
Svar
Lasning är en kvantmekanisk effekt och frekvensen har en mycket snäv fördelning i frekvens från bredden på energinivålinjerna i övergångar. Se den här länken för linjebredder.
Så det sätt jag skulle behandla för att hitta energin i ett tidsintervall på en laserstråle är att integrera det klassiska elektriska fältet i kvadrat veckat med frekvensfördelningen, dvs få energin för det tidsintervallet. Hitta den genomsnittliga fotonfrekvensen med samma fördelning och dela energin i pulsen med den genomsnittliga foton E = h * nu energi. Det borde ge antalet fotoner med ett fel angivet av den Lorentziska fördelningen.
En puls skulle bestå av ett enormt antal fotoner, (en foton tillhör kvantmekanikramen), i superposition av deras vågfunktioner som utgör det klassiska fältet. Om du vet QED hur detta händer diskuteras här .
Enkla fotonmätningar visas här.
Svar
Ett enkelt tillvägagångssätt är att ta den totala energin i pulsen och dela den med den centrala optiska pulseringstiden $ \ hbar $: $$ N_ {fotoner} \ approx \ frac {\ text {Total energi av En puls}} {\ hbar \ omega_ {center}} = \ frac {\ int_0 ^ {+ \ infty} dt P_ {opt} (t)} {\ hbar \ omega_ {center}} $$
Denna approximation gäller när spektralbredden på pulsen $ \ Delta \ omega $ är liten jämfört med mittpulseringen $ \ omega_ {center} $.
När du börjar arbeta med ultrakorta pulser (pulsens varaktighet minskar och dess spektralbredd ökar) kan du behöva ta hänsyn till den spektrala pulsationsfördelningen av dina fotoner, som du kan mäta via en optisk spektrumanalysator till exempel.
Skål
Svar
Jag arbetade som firmwareingenjör för femto – andra laser Maitai. Detta är den automatiserade versionen av tsunamin, en välkänd laser inom branschen.
Frekvensen eller våglängden justeras genom att flytta en slits i ett prisma och bandbredden justeras genom att ändra öppningen på slitsen. Den maximala effektiviteten är vid 800 nm.
Frekvensfördelningen är gaussisk och beskriver en symetrisk fördelning över och under 800 nm och en form som liknar alla rättvisa tärningar som ses i statistisk matematik. Det betyder att du kan beräkna antalet fotoner som om de alla hade samma frekvens.
Kommentarer
- I ' Jag är inte säker på att jag håller med om att detta inte är ett svar. En del av frågan är " hur redogör jag för spridningen i våglängderna, kan jag bara använda det centrala värdet? " och detta är ett svar som definierar vissa omständigheter under vilka det är okej att använda det centrala värdet för våglängd / frekvensfördelning.