Optyka klasyczna. Optyka kwantowa wprowadzenie. Światło fala elektromagnetyczna. Optyka falowa. Klasyczny obraz światła

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Optyka klasyczna. Optyka kwantowa wprowadzenie. Światło fala elektromagnetyczna. Optyka falowa. Klasyczny obraz światła"

Adrian Rogowski
5 lat temu
Przeglądów:

Opyka kwanowa wprowadzenie Opyka klasyczna Klasyczny obraz świała Opyka geomeryczna Począki modelu foonowego Opyka falowa (fizyczna) Deekcja pojedynczych foonów Świało jako fala elekromagneyczna O

Inerferencja i dyfrakcja Srukury półprzewodnikowe - zarys Koherencja świała Rozpraszanie świała Zjawiska nieliniowe Opyka falowa Świało fala elekromagneyczna Opis i zasosowania fal elekromagneycznych

1 Opyka kwanowa wprowadzenie Opyka klasyczna Klasyczny obraz świała Opyka geomeryczna Począki modelu foonowego Opyka falowa (fizyczna) Deekcja pojedynczych foonów Świało jako fala elekromagneyczna O czym jes opyka kwanowa? Inerferencja i dyfrakcja Srukury półprzewodnikowe - zarys Koherencja świała Rozpraszanie świała Zjawiska nieliniowe Opyka falowa Świało fala elekromagneyczna Opis i zasosowania fal elekromagneycznych w zakresie widzialnym i bliskim widzialnemu Podsawowe zasady zasada superpozycji inerferencja fal Frequency (Hz) Gamma-rays X-rays Ulraviole Wavelengh.1 Å 1Å.1 nm 1 nm 1 nm 1 nm 4 nm 5 nm y z Rozwiązanie równań Maxwella fala płaska x E B v isible Near IR 1 nm 1 µm 6 nm Paramery: Infra-red 1 µm 1 13 inerferencja konsrukywna zasada Huyghensa( Fresnela): Każdy punk ośrodka, do kórego doarło czoło fali, można uważać za źródło nowej fali kulisej Dyfrakcja inerferencja desrukywna 1 MHz 5 MHz 1 MHz UHF HF 7-13 FM Thermal IR Far IR Microwaves Radar Radio, T 1 µm 1 µm 1 mm 1 cm 1 cm 1 m 1 m 7 nm Polaryzacja liniowa kierunek drgań wekora Polaryzacja kołowa HF MHz 1 6 AM 1 m 1 m Long-waves

Inerferomer Michelsona Inerferencja Idealna fala płaska: Koherencja Rzeczywise prążki: Inerferencja konsrukywna lub desrukywna w zależności od różnicy dróg opycznych

Fazy fali w różnych pakieach są przypadkowe. Koherencja Ilościowa miara koherencji funkcja korelacji 1.

2 Inerferomer Michelsona Inerferencja Idealna fala płaska: Koherencja Rzeczywise prążki: Inerferencja konsrukywna lub desrukywna w zależności od różnicy dróg opycznych długość (droga) koherencji czas koherencji Nauralne świało składa się z krókich pakieów falowych emiowanych przez różne aomy. Fazy fali w różnych pakieach są przypadkowe. Koherencja Ilościowa miara koherencji funkcja korelacji 1. rzędu: Długość koherencji a poszerzenie linii (pole sacjonarne) Średnia po okresie i po zespole saysycznym Redukcja koherencji losowość fazy (świało chaoyczne) Poszerzenie Gaussowskie Widzialność prążków inerferencyjnych FWHM dla poszerzenia dopplerowskiego: Poszerzenie Lorenza

Króka (pre-)hisoria foonu (19-193) Promieniowanie równowagowe (ermiczne) Rozkład widmowy promieniowania emiowanego przez ciało doskonale czarne (np.

3 Króka (pre-)hisoria foonu (19-193) Promieniowanie równowagowe (ermiczne) Rozkład widmowy promieniowania emiowanego przez ciało doskonale czarne (np. gwiazdy) Promieniowanie równowagowe kaasrofa w nadfiolecie Efek fooelekryczny Efek Compona U ISIBLE INFRARED 14 5 K 1 Classical heory (5 K) 1 kaasrofa w nadfiolecie 8 6 Specrum of Solar Radiaion (Earh) 4 K 4.5 U 3 K isible Wavelengh (μm) Infrared Sunligh wihou amospheric absorpion Irradiance (W/m /nm) S p e c ra l ra d ia n c e (k W s r ¹ m ² n m ¹) Własności świała i jego oddziaływania z maerią, niedające się opisać w ramach fizyki klasycznej Ideal blackbody (55 C) 1 Sunligh a sea level HO.5 O HO HO O Amospheric absorpion bands HO CO HO 5 5 Wavelengh (nm) Promieniowanie równowagowe (ermiczne) Zjawisko fooelekryczne (zewnęrzne) Mody drgań pola (fale sojące) świało (foony) elekrony wybie z mealu Fizyka klasyczna zasada ekwiparycji energii: na każdy mod gęsość widmowa (spekralna) energii: Energia elekronów powinna rosnąć z naężeniem wiązki S p e c ra l ra d ia n c e (k W s r ¹ m ² n m ¹) Rozbieżność w obszarze krókich fal (kaasrofa w nadfiolecie) U ISIBLE meal (np. sód) INFRARED 14 5 K świało 1 Classical heory (5 K) kolekor 1 emier K 4 Planck (19): można dosać dobry wynik, jeśli założyć, że energia przydzielana jes w porcjach (kwanach). 3 K Wavelengh (μm).5 Klasycznie: Energia przekazywana elekronom jes proporcjonalna do naężenia świała. 3 Powinno wysąpić opóźnienie związane z czasem przekazywania energii elekronom

świało (foony) Zjawisko fooelekryczne (zewnęrzne) elekrony wybie z mealu Fooprąd s rosnące naężenie świała Zjawisko fooelekryczne (zewnęrzne) Einsein 195 (Nobel 191): Załóżmy, że świało realnie

sód) świało kolekor Fooprąd s ex rosnąca częsość świała Eksperymen: Milikan 1914 e s -Φ 1 -Φ meal 1 meal meal 3 Nie wysępuje opóźnienie emisji elekronów ex www.cobal.chem.ucalgary.

4 świało (foony) Zjawisko fooelekryczne (zewnęrzne) elekrony wybie z mealu Fooprąd s rosnące naężenie świała Zjawisko fooelekryczne (zewnęrzne) Einsein 195 (Nobel 191): Załóżmy, że świało realnie składa się z kwanów energii (foonów) o energii Nie ma emisji elekronów, jeżeli emier meal (np. sód) świało kolekor Fooprąd s ex rosnąca częsość świała Eksperymen: Milikan 1914 e s -Φ 1 -Φ meal 1 meal meal 3 Nie wysępuje opóźnienie emisji elekronów ex -Φ 3 Uniwersalne nachylenie Efek Compona Kąowa zależność długości fali promieniowania rengenowskiego rozproszonego na aomach Efek Compona Arhur Compon 193 (Nobel 197): Kwany świała mają nie ylko energię, ale eż pęd (mają naurę cząseczkową) promieniowanie gamma Analiza zderzenia doskonale sprężysego z elekronem Dirk Hünniger, GFDL su, CC-BY-SA su, CC-BY-SA faculy.gvsu.edu faculy.gvsu.edu

5 Deekcja pojedynczych foonów Deekcja pojedynczych foonów Foodioda Foodioda Deekcja pojedynczych foonów Deekcja pojedynczych foonów Foodioda Foodioda Tryb zliczania pojedynczych foonów (Geigera) SPAD Dyskrene zdarzenia deekcyjne foony?

6 Inerferencja pojedynczych foonów Dyskrene zdarzenia deekcyjne = foony? a x b d Klasyczny eksperymen Younga inerferencja na przesłonie z dwiema szczelinami Wyobraźmy sobie, że świało jes falą y z x E B v S1 S c F Deekor: układ kwanowy w oscylującym polu elekrycznym periodyczne zaburzenie Przejście kwanowe sygnał deekcji sany końcowe przejście kwanowe san począkowy Powsawanie wzoru inerferencyjnego z wiązki o małym naężeniu Złoa reguła Fermiego: Przejścia w losowych chwilach czasu Kolejne przejście (po relaksacji) niezależne od poprzedniego Sygnał deekcji: Proces Poissona Dyskrene zdarzenia deekcyjne foony? Skąd wiemy, że isnieją foony? Klasyczne świało (fala) o małym naężeniu generuje ciąg przejść kwanowych na deekorze. Dyskrene zdarzenia deekcyjne nie dowodzą ziarnisej (cząseczkowej) naury świała. Dlaczego więc sądzimy, że foony isnieją? Skąd wiemy, że isnieją foony? Klasyczne świało (fala) o małym naężeniu generuje ciąg przejść kwanowych na deekorze. Dyskrene zdarzenia deekcyjne nie dowodzą ziarnisej (cząseczkowej) naury świała. Dlaczego więc sądzimy, że foony isnieją? Definicja (meafizyczna): Foon isnieje, jeśli wskażemy faky obserwacyjne, kóre są sprzeczne z modelem falowym, a dają się wyjaśnić przy założeniu cząseczkowej naury świała.

Skąd wiemy, że isnieją foony? Klasyczne świało (fala) o małym naężeniu generuje ciąg przejść kwanowych na deekorze.

Rozwój hisoryczny: Koncepcja foonu (19-19) Opyka kwanowa Laser (196): narzędzie umożliwiające generowanie nieklasycznych sanów

dają się wyjaśnić przy założeniu cząseczkowej naury świała (model foonowy).

sub-poissonowski Ani-bunching pulse ampliude Kwanowy opis oddziaływania świała z maerią pulse area ime Wölfl e al., J. Mod. Op.

Heyn, e al., Appl. Phys. Le. 94, 18 (9).

7 Skąd wiemy, że isnieją foony? Klasyczne świało (fala) o małym naężeniu generuje ciąg przejść kwanowych na deekorze. Dyskrene zdarzenia deekcyjne nie dowodzą ziarnisej (cząseczkowej) naury świała. Dlaczego więc sądzimy, że foony isnieją? Rozwój hisoryczny: Koncepcja foonu (19-19) Opyka kwanowa Laser (196): narzędzie umożliwiające generowanie nieklasycznych sanów świała i maerii Definicja (meafizyczna): Foon isnieje, jeśli wskażemy faky obserwacyjne, kóre są sprzeczne z modelem falowym, a dają się wyjaśnić przy założeniu cząseczkowej naury świała (model foonowy). Saysyczne własności wiązek świaa Saysyka zdarzeń deekcyjnych Saysyka korelacji opyka kwanowa Nieklasyczne sany świała Szum sub-poissonowski Ani-bunching pulse ampliude Kwanowy opis oddziaływania świała z maerią pulse area ime Wölfl e al., J. Mod. Op. 45, 1147 (1998) H. A. Gibbs, Phys. Rev. Le. 9, 459 (197); Phys. Rev. A 8, 446 (1973) Kropki kwanowe Kropki kwanowe: niejednorodność składu w półprzewodniku Samorosnące Orzymane meodą drople eching Heyn, e al., Appl. Phys. Le. 94, 18 (9). Elekrodynamika rezonaorów z kropkami Kropki kwanowe umieszczone w nanorezonaorach w celu zwiększenia emisji i poprawy wydajności zbierania sygnału CQED caviy quanum elecrodynamics Heindel e al., Appl. Phys. Le. 96, 1117 (1) Fry e al. () + Huber e al. Naure Comm. (17) QD: wąska przerwa Maryca: szeroka przerwa Rezonaor w posaci kolumny ze zwierciadłami Bragga (bragg-sack micropillar caviy) Trawiony mikro-dysk Efekywny poencjał wiążący dla elekronów i/lub dziur Michler e al., Science 9, 8 ()

Podobne dokumenty

K gęstość widmowa (spektralna) energii: 12 Classical theory (5000 K) 10 Rozbieżność w obszarze krótkich fal (katastrofa w nadfiolecie)

K gęstość widmowa (spektralna) energii: 12 Classical theory (5000 K) 10 Rozbieżność w obszarze krótkich fal (katastrofa w nadfiolecie) Opyka kwanowa wprowadzenie Króka (pre-)hisoria foonu (9-93) Począki modelu foonowego Własności świała i jego oddziaływania z maerią, niedające się opisać w ramach fizyki klasycznej Deekcja pojedynczych