Флуктуации числа фотонов

Обработка огромного экспериментального материала, осуществленная методами теории вероятностей, показала, что световые флуктуации имеют статистический характер и, следовательно, вызваны случайными флуктуациями числа фотонов около некоторого порогового значения, определяемого порогом зрительного ощущения глаза наблюдателя. Для зеленых лучей с длинами волн от 5000 до 5500 А число световых квантов, соответствующее пороговому значению зрительного восприятия, колеблется у различных людей от 8 до 47 (в среднем 20), а число падающих при этом на глаз световых квантов изменяется от 108 до 335. Эти цифры показывают, что значительная часть падающих фотонов поглощается хрусталиком глаза и ие доходит до его сетчатки. [c.166]

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]

АВТОР. Речь шла не только об этом. Подчеркивалось, например, что квантовая физика позволяет рассматривать как возникновение, так и разрушение интерференции, что, с точки зрения квантовой физики, интерференционные явления могут выходить за рамки волновых представлений. Теперь же мы пойдем еще дальше — убедимся, что для объяснения некоторых интерференционных опытов фотонные представления становятся необходимыми. В связи с этим мы поговорим о флуктуациях числа фотонов в световых пуч- [c.288]

Флуктуации числа фотонов [c.293]

Флуктуации числа фотонов в одномодовом лазерном пучке. Используя (13.2.25) и (13.2.4), представим [c.298]

Флуктуации числа фотонов описываются величиной которая, согласно (13.2.2), есть Исходя из (13.2.28), заключаем, что для лазерного пучка [c.298]

Корреляция флуктуаций числа фотонов объяснение результатов эксперимента по интерференции интенсивностей. [c.299]

Если в последовательности вспышек в среднем имеется число фотонов, существенно большее порога чувствительности, так что в результате флуктуаций оно не становится меньшим порога чувствительности, то глаз будет фиксировать каждую вспышку. Однако если в глаз направляются вспышки, в которых среднее число фотонов находится на пороге чувствительности глаза, то вспышки, в которых число фотонов больше порога чувствительности, будут зафиксированы глазом, а вспышки, в которых число фотонов меньше порога чувствительности, не будут замечены. Следовательно, при наблюдении вспышек вблизи порога чувствительности глаза можно непосредственно глазом зафиксировать флуктуации числа фотонов во вспышках. Вавиловым было [c.30]

Применимость понятия поляризации к отдельному фотону. Изложенные в 3 опыты по исследованию флуктуаций числа фотонов в поляризованных лучах позволили сделать вывод о применимости понятия поляризации к отдельному фотону. Имеются и другие эксперименты, которые подтверждают этот вывод. [c.35]

Учитывая, что при фиксированной частоте объемная плотность излучения пропорциональна концентрации фотонов, найдите на основании формулы (13.19) флуктуации числа фотонов, попадающих на детектор в промежуток времени фиксированной продолжительности. Какой должна быть продолжительность этого промежутка времени, чтобы утверждение о флуктуациях могло быть экспериментально проверено [c.81]

Особо отметим такой параметр, как уровень собственных (внутренних) шумов. Основными видами шумов для фотоэлектрических преобразователей являются тепловые, вызываемые хаотическим тепловым движением электронов дробовые, определяемые тем, что электрический ток представляет собой поток дискретных частиц, количество которых флуктуирует во времени токовые шумы (1//-шум) и фотонные шумы, зависящие от флуктуаций числа фотонов, падающих на чувствительный слой. Общий уровень шума оценивается дисперсией шума ш, а при определении отношения сигнал/шум гр используется среднеквадратическое значение шума [c.200]

Рассчитайте число фотонов М, переносимых импульсом. Зная, что флуктуация числа фотонов в волне равна д/Л . получите выражение для соответствующей флуктуации фазы ф волны, связанной с N фотонами. Какое заключение можно сделать относительно преобладания корпускулярных или волновых свойств света [c.96]

Флуктуации числа фотонов и фазы волны связаны соотношением неопределенности [c.98]

ФЛУКТУАЦИИ ЧИСЛА ФОТОНОВ 219 [c.219]

В задаче 11.7 мы показали, что могут происходить очень сильные флуктуации числа бозонов на орбитали. Теперь мы дадим качественную физическую интерпретацию больших флуктуаций числа фотонов. [c.219]

Этот результат получен на основании полуклассической модели электромагнитных волн. Он показывает, что относительные флуктуации числа фотонов не уменьшаются с ростом среднего числа фотонов. Смысл соотношения (46) можно выразить, сказав, что фотоны предпочитают перемещаться пакетами. [c.220]

ФЛУКТУАЦИИ ЧИСЛА ФОТОНОВ [c.221]

Вавилов показал, что для видимого света, если температура источника не превышает 3000 К (обычно используемые источники света), классические флуктуации исчезающе малы по сравнению с квантовыми и ими можно пренебречь. При этом квантовые флуктуации могут быть обнаружены лишь при сильном ослаблении исследуемого потока, когда в приемник за единицу времени попадает небольшое число фотонов. [c.164]

Фотоны как частицы с целочисленным спином подчиняются статистике Бозе—Эйнштейна. Кроме того, обычные световые источники создают сильно невырожденные пучки света. Вырождение фотонов, характерное для лазерного излучения, приводит к флуктуациям интенсивности, которые превышают теоретические флуктуации, если рассчитывать поток фотонов на основе классической статистики Пуассона [20]. Роль параметра вырождения б (среднее число фотонов светового пучка в одном и том же квантовом состоянии или в одной ячейке фазового пространства) будет очевидна из того, что говорится ниже. [c.464]

Теперь обратимся к интерференционному опыту иного типа— опыту, выполненному X. Брауном и Р. Твиссом в середине 50-х годов. В этом опыте в отличие от опыта Юнга флуктуации интенсивности света (флуктуации числа фотонов в световых пучках) непосредственно определяют получаемый результат. [c.291]

Флуктуации числа фотонов обусловливают шум, который при приеме оптического излучения принято называть внешним (в отличие от внутреннего шума, обусловленного приемной аппаратурой). В соответствии с наличием двух слагаемых в правой части (13.2.14) различают так называемый квантовый шум (слагаемое ) и тепловой шум (слагаемое <п> ). Умножив величину У < .п > на A oi получим энергию шума, приходящуюся на одно квантовое состояние [c.296]

Таким образом, в равновесном фотонном газе налицо корреляция флуктуаций числа фотонов. Можно сделать вывод, что в световых пучках с достаточно хаотической структурой также существует корреляция флуктуаций числа ( )отонов. Этим и объясняется вид кривой 1 на рис. 13.3, 6, отражающий эффект группировки фотонов. Напомним, что группировку фотонов можно рассматривать как следствие корреляций флуктуаций числа фотонов в пучке. [c.299]

СЖАТОЕ СОСТОЯНИЕ электромагнитного поля — состояние доля, при к-ром дисперсии флуктуаций канонически сопряжённых компонент поля не равны. Возможны классич. и квантовые С. с. В первом случае оказываются неравными дисперсии квадратур классич. флуктуаций (см. [1], с. 125) для квантового С. с. дисперсия любой одной канонически сопряжённой компоненты меньше дисперсии в когерентном состоянии. Понятие С. с. возникло в процессе изучения (I960—70-е гг.) статистич. характеристик излучения (долазерные эксперименты по корреляциям интенсивности), детального исследования необычных свойств лазерного света. Различают С. с. квадратурносжатые н состояния с подавленными флуктуациями числа фотонов или фазы. [c.488]

Предел сокращению времени измерения в этом методе кладет высокий уровець шумов при высоких температурах, что вынуждает увеличивать время накопления сигнала. Шумы обусловлены флуктуациями числа фотонов в тепловом излучении материала, которое попадает в приемник излучения наряду с полезным сигналом. Спектральная плотность мощности флуктуаций, найденная с учетом статистики испускания фотонов Бозе — Эйнштейна, имеет вид [c.113]

Пока что мы рассматривали вопрос о формировании оптического изображения, не учитывая шумов, обусловленных флуктуациями числа фотонов, создающих изображение, или флуктуациями параметров чувствительного элемента (глаза, фотоэлемента, пленки и т. д.). При фотографической регистрации изображения основным источником шума являются флуктуации, обусловленные неоднородной зернистой структурой. Конечно, с точки зрения теории информации для того, чтобы передать определенную плотность информации в битах ) на 1 мм , необходимо учесть не только ширину полосы пропускания (разрешающую способность), но и шумовые ограничения (гранулярность), Это справедливо для всех физических измерений- Каждый реальный физически11 сигнал ограничен во времени, в пространстве и по частоте. Кроме того, при любых измерениях неизбежны шумы. Ограниченной шириной полосы пропускания определяется конечное число степеней свободы формы сигнала, но если бы не было шума, дискретные значения ординаты можно было бы отличать друг от друга с любой степенью точности. [c.165]

Эксперименты по наблюдению больших флуктуаций числа фотонов были проделаны Брауном и Твиссом [82]. Они обнаружили положительную корреляцию между числами фотонов в двух когерентных пучках света ). Соответствующая установка схематически изображена на рис. 15.6. Корреляция вычислялась [c.221]

Парселлу принадлежит простое объяснение чрезмерно больших флуктуаций числа фотонов, основанное на модели волновых пакетов [83]. Рассмотрим поток волновых пакетов (каждый длиной примерно с/Ау), следующих друг за другом в случайной последовательности, причем каждый пакет содержит один фотон. Существует определенная вероятность того, что два таких волновых пакета случайно перекроются. При перекрытии пакеты интерферируют, и в результате появится пакет с числом фотонов между О и 4, так что флуктуации плотности фотонов оказываются большими. Аналогичные опыты с электронами показали бы ослабление нормальных флуктуаций вместо их усиления, так как принцип Паули запрещает случайное перекрывание волновых пакетов. [c.221]

Радиационный ( )отонный) шум определяет минимально достижимый уровень регистрируемого потока излучения. Он возникает из-за флуктуаций числа фотонов, поступающих на чувствительный слой приемника. Шум (см. табл. 2.1) определяется как излучением фона, так и частей самого приемника. [c.36]

С. И. Вавилов высказал идею о том, что если световой поток действительно представляет собой совокупность отдельных фотонов, то согласно законам статистической физики он должен флуктуировать, т. е. число фотонов в единице объема должно во времени меняться произвольным образом. Необходимо было доказать наличие такой флуктуации экспериментально. Было использовано замечательное свойство глаза существование резкого порога зрительного ощущения. Оказывается, если энергия света, падающего на сет-чатку глаза, меньше некоторой определенной величины, то глаз [c.348]

Следовательно, в лазерном пучке флуктуации числа ([зотонов не коррелируют друг с другом. Поэтому эффект группировки фотонов в данном случае не проявляется, что и отражает кривая 2 на рис. 13.3, б. [c.299]

Квантовые шумы могут существенно исказить результаты интерференц. опыта, если полное число фо-тонав, зарегистрированных в максимуме интерференц, картины, невелико. Т. к. при осуществлении интерференц. опыта можно собрать излучение с площади, имеющей порядок величины го, и проводить измерения в течение вре.мени т,,, то при этом будут использованы все фотоны из объё.ма = т. е. из объёма когерентности. Еслп ср. число N фотонов в объеме К., называемое параметром вырождения, велико, то квантовые флуктуации числа зарегистрированных фотонов относительно невелики и не оказывают существ, влияния на результат измерений. Если же N невелико, то эти флуктуации будут препятствовать измерениям. [c.395]

Обратимся теперь к расчету ширины Av ген ВЫХОДНОГО СПбКТрЗ лазера, когда генерация в нем осуществляется лишь на указан-ной выше моде. Наименьшее значение ширины определяется шумами спонтанного излучения или, что одно и то же, нулевыми флуктуациями поля лазерной моды. Поскольку эти флуктуации можно учесть лишь с помощью полного квантовомеханического рассмотрения (см. раздел 2.4.2), мы не можем определить эту предельную ширину в рамках используемого нами приближения. Можно показать, что хотя случайным флуктуациям подвержены и амплитуда, н фаза поля нулевых колебаний, спектральное уширение выходного излучения обусловлено главным образом случайными флуктуациями фазы, в то время как очень небольшие флуктуации величины выходной мощности вызываются флуктуациями амплитуды поля нулевых колебаний. Это можно объяснить, обращаясь к тому факту, который рассматривался в начале данной главы, что количество фотонов в резонаторе лазера, а следовательно, и выходная мощность весьма нечувствительны к тому числу фотонов <7/, которые изначально имеются в резонаторе, чтобы вызвать процесс спонтанного излучения. [c.273]

В вакуумном фотоэлементе (рис. 9.11) одна из наиболее очевидных причин возникновения флуктуаций фототока связана с тем, что элементарные акты испускания фотоэлектронов происходят в случайные моменты времени аналогично актам термоэлектронной эмиссии из накаленного катода в вакуумных электронных лампах. Обусловленный этой причиной шум получил образное название дробового. При постоянной иитеисивиости падающего излучения, когда можио считать, что за некоторый промежуток времени т иа катод падает вполне определенное число фотонов Л/ф, среднее число испускаемых электронов за время т составит N = r Nф, где ч — квантовый выход фотокатода. Однако от измерения к измерению число N фотоэлектронов только в среднем остается неизменным, испытывая флуктуации около среднего значения <Л/>. Вероятность P N) испускания за время т определенного числа N фотоэлектронов в отдельном измерении дается распределением Пуассона Р Ы) = с а /Ы, где а= Ы). Мерой флуктуаций числа фотоэлектронов служит величина ЬN = <(Л/— называемая среднеквадратичной флуктуацией. Мож- [c.462]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...