Квантовая оптика

ГРАНИЦЫ ПРИМЕНИМОСТИ ВОЛНОВОЙ ТЕОРИИ СВЕТА И ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ ОПТИКИ [c.399]

Но именно в это время возникли задачи, решение которых в рамках электромагнитной теории оказалось невозможным. Так, например, были безуспешны все попытки количественно описать явление равновесного теплового излучения, а безупречный с позиций классической физики вывод формулы Рэлея-Джинса приводил к абсурдному результату. Смелая гипотеза Планка привела к решению этой проблемы и позволила сформулировать основы новой теории света, которую обычно называют физикой фотонов или квантовой оптикой. [c.399]

ВВЕДЕНИЕ В КВАНТОВУЮ ОПТИКУ [c.2]

Оптические исследования — это прежде всего исследования физики взаимодействия света с веществом. Существуют три последовательных уровня рассмотрения указанного взаимодействия, три постепенно углубляющихся подхода I) классический, 2) полуклассический, 3) квантовый. На первом уровне оптическое излучение представляют в виде световых лучей или электромагнитных волн в соответствующем диапазоне частот, а вещество описывают с использованием понятий и аппарата механики сплошных сред, термодинамики, классической электродинамики. Иными словами, при данном подходе как свет, так и вещество рассматриваются в рамках классической физики. Полуклассический подход предполагает квантование вещества при сохранении классической трактовки света классические световые волны взаимодействуют с коллективами атомов и молекул. Принимаются во внимание структура энергетических уровней атомов и молекул, энергетических зон кристаллов, статистика заселения различных квантовых состояний. Наконец, при квантовом подходе осуществляется квантование не только вещества, но и излучения именно такой подход используется в квантовой электродинамике. Если при рассмотрении взаимодействия света с веществом на классическом и полуклассическом уровнях учитывается только волновая природа света, то на квантовом уровне принимаются во внимание также и его корпускулярные (квантовые) свойства. Это отвечает переходу от классической оптики, имеющей дело с лучами и световыми волнами, к оптике, которую естественно назвать квантовой оптикой. Одним из основных понятий этой оптики является [c.3]

Если строго следовать точке зрения на квантовую оптику, принятой в научной литературе, то данное пособие следовало бы озаглавить, например, так Фотонные представ- [c.5]

ОППОНЕНТ. Возможно, в сложности явления люминесценции, а также в недостаточно высоком уровне развития физического эксперимента. АВТОР. Главная причина заключалась в недостаточно глубоком понимании природы света, а конкретнее — в непонимании его квантовой природы. Для возникновения цельного учения о люминесценции необходима была квантовая оптика. Точнее говоря, были нужны квантовая оптика и квантовая теория атомных спектров. Они появились в начале XX в., и вскоре была создана теория люминесценции. ОППОНЕНТ. Согласен, что при рассмотрении люминесценции понимание квантовой природы света весьма важно. Но ведь люминесцентные про- [c.12]

Весьма интересна последняя фраза в этом высказывании. Для того чтобы происходило рассеяние корпускул друг на друге, необходимо допустить, что их масса не постоянна. На языке квантовой оптики это соответствует тому, что изменяется частота света. Такое явление действительно наблюдается при взаимодействии лазерных пучков в прозрачных средах, например в кристаллах, при определенных условиях. Оно относится к нелинейно-оптическим явлениям. При этом действительно происходит взаимодействие фотонов друг с другом (тогда как в вакууме или воздухе фотоны практически не взаимодействуют). Ну как же тут не вспомнить упоминавшееся ранее замечание Ломоносова о том, что в прозрачных твердых телах световые корпускулы обязательно должны взаимодействовать друг с другом [c.23]

ОППОНЕНТ. Я понимаю, что обсуждение квантовых представлений очень полезно, поскольку квантовая оптика органически связана с квантовой физикой. И все-таки не слишком ли мы отвлеклись от темы Не слишком ли затянулся экскурс в область квантовой физики [c.122]

АВТОР. Идеи, обсуждавшиеся в двух последних главах, важны как для понимания физики фотонов, так и для рассмотрения теоретических основ квантовой оптики, которым посвящена последняя часть книги. Но дело не только в этом. Проделанный экскурс в квантовую физику показал, что интерференционные явления, всегда, казалось бы, связанные с волнами, могут рассматриваться с корпускулярных позиций . Такой подход к интерференции и дифракции основан на вероятностных представлениях и предполагает использование особых правил работы с вероятностями, а именно сложение амплитуд вероятностей. [c.122]

Предвидим вопрос, который может возникнуть у читателя. Ну что ж,—может сказать он,—генерация второй гармоники действительно демонстрирует нарушение суперпозиции световых волн в среде. Однако при чем же здесь квантовая оптика Какую роль играют в подобных явлениях фотонные представления [c.219]

ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ ОПТИКИ [c.239]

КОГЕРЕНТНОСТЬ СВЕТА В КВАНТОВОЙ ОПТИКЕ Беседа. Небольшой предварительный диалог 287 13.1. Интерференционные опыты. Когерентность первого и более высоких порядков 289 13.2. Флуктуации числа фотонов 293 13.3. Состояния квантованного поля излучения [c.239]

Переходя к рассмотрению теоретических основ квантовой оптики, остановимся на двух группах вопросов. Первая включает в себя вопросы, связанные с расчетом вероятностей оптических переходов (однофотонных и многофотонных). Вторая связана с рассмотрением когерентности света в квантовой оптике. Здесь дается, в частности, краткий анализ различных состояний квантованного поля излучения, [c.241]

КОГЕРЕНТНОСТЬ СВЕТА В КВАНТОВОЙ ОПТИКЕ [c.287]

Все эти вопросы активно разрабатываются в современной научной литературе, посвященной квантовой оптике. Учитывая их сложность, мы коснемся их лишь в общих чертах. Подробнее об этом можно прочитать, например, в монографиях [3, 4, 7, 8] из списка рекомендуемой литературы, приведенного в конце данной части. [c.288]

Лэмб У. Теория оптических мазеров. В сб. Квантовая оптика и квантовая радиофизика , М, — Мир, 1966, стр. 282, [c.362]

Его создала квантовая физика вообще и квантовая оптика в частности.. Но теперь налицо и обратное влияние. Старая, классическая оптика была источником многих квантовых идей. Сейчас квантовая оптика вызвала новый расцвет классической оптики. В качестве примера здесь уместно указать на нелинейную оптику. Напряженность поля в концентрированном луче лазера может достигать миллионов вольт на сантиметр, или, иначе говоря, концентрация анергии приобретает значение 10 —10 вт/см . Под действием такого поля изменяются свойства вещества. [c.415]

Со времени зарождения квантовой теории излучения черного тела вопрос о том, насколько хорощо уравнения Планка и Стефана — Больцмана описывают плотность энергии внутри реальных, конечных полостей, имеющих полуотражающие стенки, был предметом неоднократных обсуждений. Больщин-ство из них имели место в первые два десятилетия нащего века, однако вопрос закрыт полностью не был, и в последние годы интерес к этой и некоторым другим родственным проблемам возродился. Среди причин возрождения интереса к этому старейшему предмету современной физики можно назвать развитие квантовой оптики, теории частичной когерентности и ее применение к изучению статистических свойств излучения недостаточное понимание процессов теплообмена излучением между близкорасположенными телами при низких температурах и проблему эталонов далекого инфракрасного излучения, для которого длина волны не может считаться малой, а также ряд теоретических проблем, относящихся к статистической механике конечных систем. Хорошим введением к современному обзору в этой области являются работы [2, 3, 5]. Еще в 1911 г. Вейль показал, что требованием о том, чтобы полость являлась прямоугольным параллелепипедом, можно пренебречь при условии, что (У /с)- оо. Он показал также, что в пределе больших объемов или высоких температур число Джинса справедливо для полости любой формы. Позднее на основании результатов работы Вейля были получены асимптотические приближения, где Do(v) являлся просто первым членом ряда, полная сумма которого 0 ) представляла собой среднюю плотность мод. Современные вычисления величины 0 ) [2, 4] с использованием численных методов суммирования первых 10 стоячих волн в полостях простой формы показали, что прежние асим- [c.315]

Работа, опубликованная М.Планком в начале XX в., не сразу встретила признание. Многие видные фиаики гого времени были склонны считать предложенный Планком способ вычисления VV > неким математическим фокусом, не имеющим серьезного физического смысла. Большой заслугой Эйнштейна является своевременная поддержка и развитие этой принципиально новой идеи, обусловившей революционные преобразования в физике. В частности, Эйнштейн сразу же предложил использовать формулу Планка для объяснения зависимости теплоемкости твердых тел от температуры вблизи О К, истолковал опыты по фотоэффекту, введя понятие фотона и заложив основы квантовой оптики (см. 8.5). Об этом стоит упомянуть, так как в популярной литературе иногда встречаются попытки представить Эйнштейна ученым, завершившим классическую физику, но не принявшим квантовых представлений. Это совсем неправильная точка зрения. Эйнштейн, бесспорно, был одним из творцов новой квантовой физики, а его сомнения и поиски смысла вероятностного описания, свойственного дальнейшему развитию квантовой механики, отражают глубину подхода этого гениального ученого ко всем проблемам естествознания. Другое дело, что по многим причинам, из которых не последнюю роль играли многолетние попытки решить непомерно трудную задачу создания единой теории поля, за последние 30 лет своей жизни Эйнштейн не внес существенного вклада в бурное развитие квантовой физики. [c.426]

Итак, после реализации новаторских идей Планка, Эйнштейна и других вы-лающихся физиков ничала XX в. широкое распространение получила физика фотонов, или квантовая оптика, объясняюпхая ряд яв.тений, истолкование которых было затрулните.чьно в рамках электромагнитной теории света. [c.461]

Можно также заметить, что осмыслить понятие вынужденного излучения с позиций какой-либо одной теории света достаточно трудно. Для того чтобы описать усиление сигна та (( отрицательное поглощение-)), удобно по.тьзоваться терминами квантовой оптики, сводя вопрос к рождению новых фотонов при прохождении светом активной среды. Но при последующем описании свойств таких фотонов удобно пользоваться терминами и понятиями волновой оптики, указав, что фазы вторичных волн жестко связаны (полностью скоррелированы). [c.462]

Относящиеся к квантовой оптике вопросы (фотонные представления явления, в которых проявляются корпускулярные свойства излучения) освещаются в той или иной степенью полноты во всех современных учебных пособиях по физике. В вузовских курсах физики рассматриваются закономерности теплового излучения (от закона Кирхгофа до формулы Планка), сообщаются сведения о фотоэффекте, эффекте Комптона, фотохимическом действии света, дается объяснение испускания и поглощения света атомами на основе теории Бора. При более глубоком изучении физики студентов знакомят также с люминесцентными явлениями, эффектом Л1ёссбауэра, многофотонными процессами, дают им некоторые сведения о квазичастицах в твердых телах. При этом авторы одних учебников пользуются термином квантовая оптика , тогда как в других учебниках этот термин не применяется, а соответствующие вопросы собраны в главах, называемых Тепловое излучение , Световые кванты , Действие света и т. п. Дело в том, что в использовании термина квантовая оптика нет четкой договоренности. Согласно точке зрения, принятой в современной научной литературе, все отмечавшиеся выше вопросы — это еще не сама квантовая [c.4]

После изложенных соображений, касающихся существа предмета (квантовой оптики), обратимся к данному учебному пособию. Оно состоит из четырех частей 1. Развитие фотонных представлений. 2. Физика микрообъектов. 3. Квантовооптические явления. 4. Теоретические основы квантовой оптики. В первой части на основе ставших классическими работ Планка, Бора, Эйнштейна рассматриваются рождение и становление квантовой теории света, излагаются свойства фотона и фотонных ансамблей, демонстрируется переход от волновых представлений к квантовым. Во второй части анализируются некоторые принципиальные вопросы квантовой физики это позволяет объяснить интерференционные эффекты на корпускулярном языке. В третьей части приводятся необходимые сведения из физики твердого тела и затем обстоятельно рассматриваются три группы оптических явлений фотоэлектрические, люминесцентные, нелинейно-оптические эти явления иногда объединяют термином квантово-оптические . Вопросы, излагаемые в указанных трех частях пособия, составляют содержание раздела Квантовая природа света , [c.5]

ОППОНЕНТ. Я знаком с упо> мяиутым Вами учебником физики. И хотел бы обратить внимание на продолжение приведенной цитаты Однако ие-смотря на это, свет позволил нам познать окружающий мир при помощи нашего зрения в гораздо большей степени, чем мы могли бы это сделать при помощи всех остальных чувств, вместе взятых . АВТОР. Вы хотите тем самым сказать, что исследование физической природы света не так уж и необходимо ОППОНЕНТ. Я, конечно, понимаю, что природу света исследовать надо. Но насколько это важно на практике Френель не знал квантовой оптики, ему была неизвестна также электромагнитная природа световых волн. Он считал, что свет — это упругие волны в некоем эфире следовательно, как мы теперь понимаем, он весьма упрощенно представлял себе природу света. Несмотря на это он сумел объяснить, например, явление частичного отражения и преломления света на границе двух диэлектриков, а его формулами для коэффициентов отражения пользуются и по сей день. Во всех современных учебниках по оптике можно найти формулы Френеля . В ка- [c.8]

АВТОР. Это верно для света, распространяющегося в пустоте или воздухе, при условии, что интенсивность света не очень велика. Получаемые е помощью лазеров интенсивные световые пучки, попадая в прозрачную среду, могут весьма сильно взаимодействовать друг с другом. При этом свет в среде может дефокусировать-ся или, напротив, фокусироваться может изменяться его частота. Подобные явления и составляют содержание ново го направления в современной оптике, названного нелинейной оптикой . Позднее мы поговорим о нелинейно-оптиче- ских явлениях подробнее. Здесь же важно лишь отметить связь этих явлений с квантовой прпродой света. ОППОНЕНТ. Приходится согласиться о тем, что вопросы квантовой природы света и в связи е этим вопросы квантовой оптики действительно выходят за рамки обычно рассматриваемых квантово-опти [c.13]

Вопросы, рассматриваемые в иастояш,ем параграфе, соответствуют содержанию указанных работ Эйнштейна и прежде всего его знаменитой работы Испускание и поглощение излучения по квантовой теории . Эта работа не только способствовала становлению квантовой оптики, но и заложила основы квантовой электроники — иаучно-техниче-ского направления, получившего развитие во второй половине нашего столетия. [c.68]

Рассматривая вопросы, связанные с физикой фотонов, мы вступаем в своеобразный мир микрообъектов с его специфичес/сими закономерностями, представлениями, образами. Данная и следующая главы посвящены некоторым принцапаальным вопросам физика этого мира. Очевидно, что нельзя изучать квантовую оптику, не познакомившись с общими основами квантовой физики. [c.89]

Этот экспериментальный результат согласуется с теорией. Как показал Т. Глаубер, идеальный одномодовый лазер при значительном превышении над порогом генерирует излучение в состоянии, называемом когерентным-, в этом состоянии фотоны действительно распределены по Пуассону (см. 13.3). Поле в таком состоянии ближе всего к классической синусоидальной волне. Существенный вывод квантовой оптики состоит в том, что даже в идеальной световой волне имеют место флуктуации чисел фотонов. [c.298]

Ф-ла (1) позволяет ио-пучить аналитич. продолжение ф-ции и t) в верхнюю (нижнюю) полуплоскость комплексной переменной г, с чем и связано назв. А. с, Понятие А, с. введено Д. Габором (D. Gabor), в 1946, оно широко используется в теории колебаний и волн, волновой и квантовой оптике, теории связи и др. [c.80]

Однако в это же время анализ опытных данных по равновесному тепловому излучению н фотоэффекту показал, что В. о. имеет определ. границы приложения. Распределение энергии в спектре теплового излучения удалось объяснить М. Планку (М. Plank 1900), к-рый пришёл к заключению, что алемонтарная колебательная система излучает и поглощает не непрерывно, а порциями — квантами. Развитие А. Эйнштейном (А, Einstein) теории квантов привело к созданию новой корпускулярной оптики — квантовой оптики, к-рая, дополняя эл.-магн. теорию света, полностью соответствует общепризнанным представлениям о дуализме света (см. Корпускулярно-волновой дуализм). [c.305]

КВАНТОВАЯ КОГЕРЕНТНОСТЬ в квантовой оптике — характеристика интерференгхии квантовых состояний поля и.злучения. [c.272]

В квантовой оптике различают полную и частичную степени т, когерентность. Частичная К. к. определяется том макс. значением т, для к рого выполняется условие факторизации нормально упорядоченного кор- j релятора [c.272]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...