Квантовые свойства света

Глава XV КВАНТОВЫЕ СВОЙСТВА СВЕТА [c.337]

Квантовые свойства света. [c.297]

КВАНТОВЫЕ СВОЙСТВА СВЕТА [c.298]

Квантовые свойства света [c.162]

Ранее я отмечал, что углубление наших представлений о природе света способствует развитию оптики. Примером может служить возникновение на основе квантово-оптических представлений так называемой нелинейной оптики . По словам С. И. Вавилова, с того времени, когда были открыты квантовые свойства света, вопрос о линейности оптики сделался спорным . ОППОНЕНТ. Тут мы действительно выходим за рамки простых наблюдений. [c.13]

С того времени, когда были открыты квантовые свойства света вопрос о линейности оптики сделался спорным. [c.128]

Что такое квантовая оптика Это довольно субъективный вопрос. Хорошо известный в этой области учёный авторитетно ответил так Квантовая оптика — это всё то, что я делаю . Для определения этого направления физики с большей объективностью невольно напрашивается игра слов Квантовая оптика суть та область оптики, где имеют значение квантовые свойства света . [c.15]

По гипотезе Планка, эиергия электромагнитных волн может излучаться и поглощаться- отдельными квантами, целыми кратными величины Ну. Последовательное развитие гипотезы Планка привело к созданию представлений о квантовых свойствах света ( .5.1.1°). [c.382]

На шкале электромагнитных волн видно, что границы по частотам V (или длинам волн в вакууме Яо=с/г) между различными видами электромагнитного излучения весьма условны — последовательные участки шкалы непрерывно переходят друг в друга. Электромагнитные излучения, частоты которых отличаются на много порядков (например, радиоволны и рентгеновское излучение), имеют качественно различные свойства. Эти различия определяются общей закономерностью шкалы электромагнитных волн по мере перехода от более длинных волн (малых частот) к более коротким (большим частотам) волновые свойства света (интерференция, дифракция, поляризация) проявляются слабее, а квантовые свойства света (У.5.1.Г), в которых решающую роль играет величина кванта энергии Ну (V.3.2.3°), проявляются сильнее. [c.390]

Квантовые и волновые свойства света взаимно дополняют друг друга и отражают взаимосвязанные закономерности распространения света и его взаимодействия с веществом. Квантовые свойства света обусловлены тем, что энергия, импульс и масса электромагнитного излучения сосредоточены в особых частицах — фотонах. [c.409]

На основании этого свойства глаза Вавилов предложил метод исследований квантовых флуктуаций света. При создании предельно малого светового потока, лежащего около порога зрительного ощущения глаза, следует ожидать флуктуаций его интенсивностей, обусловленных квантовой природой света. Эти флуктуации происходят в соответствии с законами статистики и регистрируются глазом. Если число квантов, попавших на глаз, превы- [c.165]

После установления существования квантовых флуктуаций света Вавилов сделал попытку обнаружить квантовые свойства в тех световых явлениях, которые считались типично волновыми. Прежде всего это относится к интерференции когерентных световых пучков при предельно малой их интенсивности. [c.166]

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]

При рассмотрении механизма прохождения у излучения через вещество нельзя ограничиться классическими волновыми представлениями об излучении, а приходится учитывать квантовую, корпускулярную природу света. Квантовые свойства становятся важными потому, что длина волны у-кванта по определению значительно меньше расстояний между атомами и между электронами. [c.448]

Проникновение в микромир, познание его законов показали необычайную мощь фундаментальной науки, как основы принципиально новых производств. Открытие материальных носителей электричества — электронов и закономерностей их движения в вакууме, в твердом теле положило начало новой области науки — электронике. Только благодаря успехам электроники удалось создать радиолокацию, радиотехнику сверхвысоких частот, электронно-вычислительные машины, электронную биомедицинскую аппаратуру, электронные микроскопы и многое другое. Открытие возможности управления электрическими свойствами полупроводниковых и диэлектрических кристаллов ряда веществ, глубокие познания законов и механизмов электропроводности, поляризация твердого вещества вызвали новую революцию в радиотехнике, электронике и вычислительной технике. Электронные вакуумные лампы заменяются ничтожными по размерам кристаллами. Компактные полупроводниковые силовые вентили высокой надежности с успехом заменяют сложные установки в энергетических устройствах. Прочно вошли в практику транзисторные радиоприемники. Недавно открытое явление сверхпроводимости второго рода дало возможность приступить к изготовлению мощных электромагнитов. На основе квантовой теории созданы квантовые генераторы света и радиоволн (лазеры и мазеры), открывающие огромные перспективы для различных областей техники. Наиболее значительным достижением абстрактной науки о ядерных реакциях стало производство атомной энергии. [c.31]

Волновые и корпускулярные свойства света не могут быть одновременно логически непротиворечиво объяснены классической физикой, ибо в ней понятия волны и частицы являются взаимоисключающими. В современной квантовой теории, построенной на основе относительности к средствам наблюдения, преодолеваются логические трудности, связанные с корпускулярно-волновым дуализмом. Свет обладает потенциальной возможностью проявлять и волновые, и корпускулярные свойства, но в чистом виде они могут проявиться лишь в разных опытах, проводимых при взаимоисключающих условиях. Эти свойства дополняют друг друга, ибо только их совокупность дает полное представление о свете. [c.10]

ОПТИКА [ асферическая содержит элементы, поверхности которых, не имеют сферической формы просветленная обладает уменьшенными коэффициентами отражения света у отдельных ее элементов путем нанесения на них специальных покрытий) как оптическая система (волновая изучает явления, в которых проявляется волновая природа света волоконная рассматривает передачу света и изображений по световодам и пучкам гибких оптических волокон геометрическая изучает законы распространения света в прозрачных средах на основе представлений о световых лучах интегральная изучает методы создания и объединения оптических и оптоэлектронных элементов, предназначенных для управления световыми потоками квантовая изучает явления, в которых при взаимодействии света и вещества существенны квантовые свойства света и атомов вещества когерентная изучает методы создания узконаправленных когерентных пучков света и управления ими нелинейная изучает распространение мощных световых пучков в оптически нелинейных средах (твердые тела, жидкости, газы) и их взаимодействие с веществом силовая изучает воздействие на твердые тела интенсивного светового излучения, в результате которого может нарушаться механическая цельность этих тел статистическая изучает статистические свойства световых полей и особенности их взаимодействия с веществом тонких слоев изучает прохождение света через прозрачные слои вещества, толщина которых соизмерима с длиной световой волны физическая изучает природу света и световых явлений) как раздел оптики электронная занимается вопросами формирования, фокусировки и отклонения пучков электронов и получения с их помощью изображений под воздействием электрических и магнитных полей корпускулярная изучает законы движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях нейтронная изучае взаимодейс вие медленных нейтронов со средой) как раздел физики] [c.255]

Корпускулярная (квантовая) природа света особенно хорошо проявляется при малых интенсивностях света, когда мояшо сбнарунжть неравномерности в интенсивности светового потока, называемые кванговымв флюктуациями, которые обусловлены случайными колебаниями количества фотонов в единице объема. Эти колебания были тщательно изучены С. И. Вавиловым. В выражения (16. 6), определяющие основные квантовые свойства света, входит наряду с величинами, характеризующими свет как частицы (энергия, масса, импульс. [c.324]

ПОМ, ЛИШЬ явления, связанные с излучением фотонов парами (пары одновременно возникающих фотонов мы для краткости будем называть бифотонами ). Излучение фотонов парами (а также тройками, четверками и т. д.) тесно связано с оптической нелинейностью вещества, и в нем наиболее ярко проявляются квантовые свойства света. Мы обсудим также и классический эффект группировки фотонов, не связанный с линейностью вещества и не требующий для объяснения квантования поля (эффект Брауна— Твйсса). Эта группировка — почти случайная, пары фотонов в обычном свете встречаются всего в два раза чаще, чем в хаотическом пуассоновском потоке песчинок (это превышение связано с волновой природой света). Заметим, что двухфотонное поглощение, наоборот, приводит к равномерному распределению фотонов в прошедшем через вещество свете (эффект антигруппировки), а в лазерах нелинейность рабочего вещества (эффект насыщения) распределяет фотоны хаотически. [c.9]

Фазовая скорость света не может быть определена из опыта, подобно фазовой скорости звука, с помощью соотношения и = Xv. Она всегда определяется косвенным образом (см. гл. VII, 9). Невозможность использовать соотношение м = Xv для определения и связана с невозможностью непосредственного измерения частоты света. Это обстоятельство имеет глубокие причины, связанные с квантовыми свойствами света (их изучение выходит за рамкп этой книги). Наоборот, частоту света вычисляют, зная м и X. [c.178]

Развивая идеи Планка, Эйнштейн в 1905 г. предположил, что дискретный характер присущ не только процессам нснускания и поглощения, но и самому свету, представляющему собой поток световых квантов — фотонов. По современным физическим представлениям свет обладает так называемым корпускуляр ю-вол новым дуализмом, то есть в одних экспериментальных ситуациях проявляют себя преимущественно квантовые свойства света, в других — волновые. [c.249]

Проявления квантовых свойств света отнюдь не исчерпываются тепловым излучением. В конце XIX начале XX в. были получены экспериментальные данные, которые могли быть последова1ельно ингсриретированы на основе квантовых представлений. Обсудим некоторые из них. [c.251]

Дуализм свойств света. При исследовании законов фотоэффекта в опытах по наблюдению рассеяния фотонов на электронах обнаруживается квантовая, корпускулярная природа света. Но вместе с тем свет обнаруживает способность к дифрагсции, интерференции, преломлению, отражению, дисперсии, поляризации и все эти явления полностью объясняются на основе представлений о свете как электромагнитной волне. [c.304]

Современный этап развития оптики, начало которого можно датировать 1960 г., характеризуется новыми, весьма своеобразными чертами. Фундаментальные свойства света — волновые, квантовые, его электромагнитная природа — находят все более разнообразные и глубокие подтверждения и применения, продолжая служить основой для понимания всей совокупности оптических явлений. Однако круг этих явлений неизмеримо расширился. В начале 60-х годов были созданы источники с высокой степенью монохроматичности и направленности излучаемого ими света — так называемые оптические квантовые генераторы или лазеры. Распространение лазерного излучения и его взаимодействие с веществом во многих случаях протекает в существенно иных условиях, чем в случае излучения обычных, нелазерных источников, и конкретные явления приобретают совершенно новые, неизвестные ранее черты. Сказанное относится к отражению, преломлению, дифракции, рассеянию, поглощению и к другим основным оптическим явлениям (см. ГЛ. ХЬ, ХЫ). [c.25]

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]

Впервые квантовые свойства были открыты у эл.- [ магн. поля. После исследования М. Планком (М. Plan k) законов теплового излучения тел (1900) i в пауку вошло представление о световых порциях — i квантах эл.-магн, иоля. Эти кванты — фотоны—во многом похожи на частицы (корпускулы) ни обладают i определёнными энергией и импульсом, взаимодейству- ют с веществом как целое. В то же время давно изве- стны волновые свойства эл.-магн, излучения, к-рые j проявляются, напр,, в явлениях дифракции и интерфе- 1 ренции света. Т. о., можно говорить о двойственной природе, или О корнускулярно-волновом дуализме, фотона. [c.330]

Нелинейные преобразования коренным образом изменяют статистику поля. Это хорошо известно в ста-тистич. радиофизике и в полной мере проявляется в оптике. Статнстич. свойства сформированного в установившемся режиме лазерного излучения радикально отличаются от свойств гауссовского теплового излучения. С существ, изменением статистики приходится сталкиваться при генерации оптич. гармоник и комбинац. частот, в разнообразных самовоздействиях. Многие из перечисленных эффектов имеют по существу классич. природу, квантовый характер света в них не проявляется. Тем больший интерес представляет формирование с помощью нелинейных преобразований новых квантовых состояний светового поля, новых макроскопич. квантовых состояний. Наиб, яркий пример — генерация т. н. сжатых состояний поля, возникающая при параметрич. взаимодействиях. В 60-х гг. они были исследованы для классич. полей, в 80-х гг. выяснено, что они могут реализоваться и для квантованных попей. При этом возникают нетривиальные возможности управления квантовыми флуктуациями светового поля. [c.303]

Хорошо описывая распространение света в материальных средах, волновая О. не смогла удовлетворительно объяснить процессы его испускания и поглощения. Исследование этих процессов (фотоэффекта, фотохим. превращений молекул, закономерностей спектров оптических и пр.) и общие термодинамич. соображения о взаимодействии эл.-магн. поля с веществом привели к выводу, что элементарная система (атом, молекула) может испускать или поглощать энергию эл.-магн. поля лишь дискретными иорциями (квантами), пропорциональными частоте излучения V (см. Излучение). Поэтому световому эл.-магн. полю сопоставляется поток квантов света — фотонов, распространяющихся в вакууме со скоростью света. В простейшем случае энергия, теряемая или приобретаемая изолиров. квантовой системой при взаимодействии с оптич. излучением, равна энергии фотона йv, а в более сложном— сумме или разности энергий иеск. фотонов (см. Многофотонные процессы). Эффекты, в к-рых при взаимодействии света и вещества проявляются квантовые свойства элементарных систем, рассматриваются квантовой оптикой методами, развитыми в квантовой механике и квантовой электродинамике. [c.419]

В результате развития квантовой механики стало ясно, что ни наличие волновых свойств, проявляющихся в волновых свойствах света, ни способность исчезать или рождаться в актах поглощения и испускания не выделяют Ф. среди др, элементарных частиц. Оказалось, что всем частицам вещества, напр, электронам, присущи не только корпускулярньсе, но и волновые свойства, и была установлена возможность взаимопревращения элементарных частиц. Так, в эл.-статич, поле атомного ядра Ф. с энергией > I МэВ может превратиться в электрон и позитрон (процесс рождения пар), а при столкновении электрона и позитрона может произойти их аннигиляция в два (или три) у-кванта. [c.354]

В отличие от методов кинетических уравнений, приведенных выше, при более строгом анализе работы лазера необходимо учитывать, что под действием электромагнитного поля внутри его резонатора атомы активной среды начинают осциллировать подобно микродиполям. Эти диполи создают макроскопическую поляризацию Р, численно равную электрическому моменту единицы объема активной среды. Макроскопический дипольный момент действует как источник излучения, т. е. возбуждает собственное электромагнитное поле, приводящее к изменению электромагнитного поля в резонаторе. Таким образом, в результате взаимодействия электромагнитного поля и среды внутри резонатора устанавливается самосогласованное электромагнитное поле. Самосогласованную теорию лазеров можно строить двумя методами 1) полуклассическим — взаимодействие электромагнитного поля со средой описывается уравнениями классической электродинамики 2) квантово-механическим — взаимодействие описывается квантово-механическими уравнениями (в этих методах среда описывается уравнениями квантовой механики). Первый метод является менее строгим, например, с его помощью нельзя учесть шумы лазера, статистические свойства света и рассмотреть эффекты спонтанного излучения, определяющие условия в начале генерации лазеров. Однако в целом ряде задач этот метод является основным для качественного и количественного анализа работы лазера. [c.22]

Квантовые свойства молекул проявляются в комбинационном рассеянии света, характеризующемся изменением частоты рассеянного света по сравнению с частотой падающего. Ввиду специфически квантовой природы этого рассеяния оно также выделяется в отдельный тип. [c.290]

Данная книга содержит описание как волновых, так и корпускулярных свойств света. Однако большее внимание уделено волновым свойствам. Обусловлено это тем, что большинство физических явлений, связанных с взаимодействием излучения и вещества, адекватно описывается так называемой полуклассической теорией. В этой теории поле оптического излучения рассматривается как классическое электромагнитное поле, подчиняющееся уравнениями Максвелла, тогда как поведение атомов вещества описывается квантовой механикой. Полуклассическая теория приводит к успеху при решении большинства задач оптики. Лишь в некоторых задачах, где необходим учет шумов (например, флуктуации лазерного излучения), нужно принимать во внимание не только дискретность процессов поглощения и испускания света атомными системами, но и сам факт квантования поля излучения (т. е. нужно использовать квантовую электродинамику). Интересно отметить, что даже фотоэффект, при объяснении которого в физику впервые было введено понятие фотона, может быть полностью описаи в рамках полуклассической теории. [c.10]

Впервые на возможность получения индуцированного излучения указал В. А. Фабрикант в 1940 г. В 1954 г. Н. Г. Басов и А. М. Прохоров в Советском Союзе и Гордон, Цейгер и Таунс в США разработали квантовый генератор непрерывного действия в сантиметровом диапазоне длин волн. Большой вклад в дело создания квантовых усилителей света внесли работы П. П. Феофилова (1915 — 1980 гг.) по изучению свойств кристаллов. [c.13]

Возник интересный вопрос почему квантовомеханический процесс может описываться классическим уравнением Фоккера— Планка Это ведет к дальнейшему развитию принципа соответствия, который позволяет нам установить связь между квантовомеханическим описанием и классической формулировкой, не теряя квантовомеханической информации. Такая формулировка теории была предложена Вигнером (1932 г.), который рассмотрел квантовые системы, описываемые операторами координаты и импульса. Следующий важный шаг сделали Глаубер и Судершан (1963 г.), которые ввели операторы бозе-поля. В частности, тщательное исследование Глаубером квантовых корреляционных функций дало общую основу для описания когерентных свойств света. Но, конечно, будучи общей, она не позволяла сделать какие-либо предсказания о когерентных свойствах лазерного света. Поэтому и потребовалось разработать квантовую теорию лазера (см. разд. 1.2.3). В последней нельзя было обойтись без включения в рассмотрение атомной системы, а для этого понадобилось весьма расширить принцип соответствия. Задача была решена Гордоном (1967 г.) и Хаке- [c.30]

Основной акцент в книге делается на фазовом пространстве как исходном базисе квантовой оптики. В этой связи было бы вполне занятным напомнить, что именно квантование объёма фазового пространства привело Планка к правильной формуле излучения. Мы показываем, что многие из этих идей, связанных с фазовым пространством, остаются чрезвычайно полезными для понимания многих явлений квантовой оптики. В частности, квазиклассическая формулировка квантовой механики в духе Вентцеля-Крамерса-Бриллюэна (ВКБ), на которую иногда ссылаются как на асимптотологию, служит нам руководящим принципом. В этом смысле квазиклассика не исключает квантовую природу света. Напротив, предполагая наличие макроскопического возбуждения поля, в этом формализме мы полностью учитываем интерференционные квантовые свойства. [c.48]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...