Photon hat eine bestimmte Wellenlänge $ \ lambda $. Stellen Sie sich vor, wir haben einen modengekoppelten Impuls mit einer Wiederholungsrate von $ 80 \: \ text {MHz} $ erstellt, d. H. Die Impulse werden durch $ 13 \: \ text {ns} $ getrennt. Die Pulsdauer beträgt $ 4 \: \ text {ps} $. Ich verstehe, dass der Puls einen sehr breiten Frequenzbereich hat. Man kann sich vorstellen, dass ein Impuls aus vielen monochromatischen Wellen mit unterschiedlichen Wellenlängen besteht, die sich in der Phase (in dispersionslosem Medium) addieren. Wenn also die Spitzenleistung $ 100 \: \ text {W} $ beträgt und ich die Anzahl der Photonen in einem Impuls berechnen möchte, wie soll ich die Gewichtung jeder Wellenlänge nehmen? Oder sollte man einfach mit der Mittenwellenlänge rechnen? Ich denke, andere Komponenten spielen eine Rolle bei der unterschiedlichen Energie.
Die ganze Idee dieser Frage ist, dass ich ein Einzelphotonenkorrelationsexperiment durchführen muss, indem ich ein einzelnes Photon (aus dem schwachen Signal) mit einem Impuls kombiniere ( von der starken Pumpe), jedoch, wenn man den Impuls erfasst, wie könnte man, welche Wellenlänge das einzelne Photon hochkonvertiert? Ich stellte mir vor, dass der Puls aus vielen Photonen besteht, die sich addieren.
Update: Mein Freund schlug vor, dass wenn der Pumpimpuls mit dem Photon aus einem schwachen Signal kombiniert wird, Sie die Mittenwellenlänge des Impulses mit der Mittenwellenlänge kombinieren des Photons, um eine neue Frequenz zu erhalten, und Sie könnten andere Wellenlängenkomponenten herausfiltern, um eine einzelne Photonendetektion durchzuführen.
Antwort
Lasern ist ein quantenmechanischer Effekt, und die Frequenz hat eine sehr enge Frequenzverteilung von der Breite der Energieniveaulinien in Übergängen. Die Linienbreiten finden Sie unter dieses Links .
Die Art und Weise, wie ich die Energie eines Zeitintervalls auf einem Laserstrahl ermitteln würde, besteht darin, das mit der Frequenzverteilung gefaltete klassische elektrische Feld im Quadrat zu integrieren, d. h. die Energie für dieses Zeitintervall zu erhalten. Finden Sie die durchschnittliche Photonenfrequenz unter Verwendung derselben Verteilung und dividieren Sie die Energie im Impuls durch die durchschnittliche Photoneneergie E = h * nu. Dies sollte die Anzahl der Photonen mit einem Fehler ergeben, der durch die Breite der Lorentzschen Verteilung gegeben ist.
Ein Impuls würde aus einer enormen Anzahl von Photonen bestehen (ein Photon gehört zum quantenmechanischen Gerüst) Überlagerung ihrer Wellenfunktionen, die das klassische Feld bilden. Wenn Sie QED kennen, wie dies geschieht, wird hier erläutert.
Einzelphotonenmessungen werden hier gezeigt.
Antwort
Ein einfacher Ansatz besteht darin, die Gesamtenergie des Impulses durch die optischen Pulsationszeiten des Zentrums zu dividieren. $ \ hbar $: $$ N_ {Photonen} \ approx \ frac {\ text {Gesamtenergie von Ein Impuls}} {\ hbar \ omega_ {center}} = \ frac {\ int_0 ^ {+ \ infty} dt P_ {opt} (t)} {\ hbar \ omega_ {center}} $$
Diese Näherung gilt, wenn die spektrale Breite des Impulses $ \ Delta \ omega $ im Vergleich zur Mittenpulsation $ \ omega_ {center} $ klein ist.
Wenn Sie anfangen, mit ultrakurzen Impulsen zu arbeiten (die Dauer des Impulses nimmt ab und seine spektrale Breite zunimmt), müssen Sie möglicherweise die spektrale Pulsationsverteilung Ihrer Photonen berücksichtigen, über die Sie messen können Zum Beispiel ein optischer Spektrumanalysator.
Prost
Antwort
Ich habe als Firmware-Ingenieur für das Femto gearbeitet – zweiter Laser Maitai. Dies ist die automatisierte Version des Tsunamis, eines in der Branche bekannten Lasers.
Die Frequenz oder Wellenlänge wird durch Bewegen eines Schlitzes im Pfad eines Prismas und die Bandbreite durch Ändern der Öffnung von eingestellt der Schlitz. Die maximale Effizienz liegt bei 800 nm.
Die Häufigkeitsverteilung ist Gaußsch und beschreibt eine symmetrische Verteilung über und unter 800 nm und eine Form, die allen fairen Würfeln ähnelt, wie sie in der statistischen Mathematik zu sehen sind. Dies bedeutet, dass Sie die Anzahl der Photonen berechnen können, als ob sie alle dieselbe Frequenz hätten.
Kommentare
- I ' Ich bin mir nicht sicher, ob ich damit einverstanden bin, dass dies keine Antwort ist. Ein Teil der Frage ist " Wie kann ich die Streuung in den Wellenlängen berücksichtigen? Kann ich nur den zentralen Wert verwenden? " und dies ist eine Antwort, die einige Umstände definiert, unter denen die Verwendung des zentralen Werts der Wellenlängen- / Frequenzverteilung in Ordnung ist.