fotodetecção - Photodetection

Em seu papel histórico intitulado "A Teoria Quântica da Coerência Óptica", Roy J. Glauber definir uma base sólida para a eletrônica quântica / óptica quântica empresa. O desenvolvimento experimental da óptica maser e mais tarde a laser naquele tempo tinha feito o conceito clássico de coerência óptica inadequada. Glauber começou a partir da teoria quântica de detecção de luz, considerando o processo de fotoionização em que um fotodetector é desencadeada por uma absorção de ionização de um fóton. Em teoria o quantum de radiação, o operador do campo eléctrico no medidor de Coulomb pode ser escrita como a soma das partes positiva e negativa de frequência

${\ Displaystyle E (\ mathbf {r}, t) = E {^ (+)} (\ mathbf {r}, t) + E ^ {(-)} (\ mathbf {r}, t)}$

Onde

${\ Displaystyle E ^ {(-)} (\ mathbf {r}, t) = E {^ (+)} (\ mathbf {r}, t) ^ {\ punhal}}$

Pode-se expandir em termos dos modos normais como segue: ${\ Displaystyle E ^ {(+)} (\ mathbf {r}, t)}$

${\ Displaystyle E ^ {(+)} (\ mathbf {r}, t) = i \ soma _ {J} \ esquerda ({\ frac {\ hbar \ omega _ {j}} {2}} \ direita) ^ {1/2} {\ chapéu {a}} _ {J} \ mathbf {\ epsilon} _ {j} e ^ {i (\ mathbf {k} _ {J} \ cdot \ mathbf {r} - \ omega _ {J} t)}}$

onde são os vectores de unidade de polarização; esta expansão tem a mesma forma que a expansão clássica, exceto que agora as amplitudes de campo são operadores. ${\ Displaystyle \ mathbf {\ epsilon} _ {j}}$${\ Displaystyle {\ hat {a}} _ {j}}$

Glauber mostrou que, para um fotodetector ideal situado em um ponto em um campo de radiação, a probabilidade de observar um evento fotoionização neste detector entre o tempo e é proporcional , onde ${\ Displaystyle \ mathbf {r}}$${\ Displaystyle {t}}$${\ Displaystyle {\ it {t}} + d {\ it {t}}}$${\ W_ displaystyle {I} (\ mathbf {r}, t) d {\ it {t}}}$

${\ Displaystyle {W_ {I} (\ mathbf {r}, t)} = \ Langle \ psi \ meados {E ^ {(-)} (\ mathbf {r}, t)} \ cdot {E ^ {( +)} (\ mathbf {r}, t)} \ meados \ psi \ rangle}$

e especifica o estado do campo. Uma vez que o campo de radiação é um quantum-mecânico, não sabemos as propriedades exatas da luz incidente, ea probabilidade deve ser calculada a média, como na teoria clássica, a ser proporcional ao ${\ Displaystyle | \ psi \ rangle}$

${\ Displaystyle \ langle {\ hat {a}} _ {j} ^ {\ dagger} {\ hat {a}} _ {j} \ rangle}$

onde os suportes angulares significa uma média ao longo do campo de luz. O significado da teoria quântica da coerência é na ordem dos criação e destruição de operadores e : ${\ Displaystyle {\ hat {a}} _ {j} ^ {\ dagger}}$${\ Displaystyle {\ hat {a}} _ {j}}$

${\ Displaystyle [{\ chapéu {a}} _ {j}, {\ chapéu {a}} _ {J} ^ {\ punhal}] = 1}$

Uma vez que não é igual a um campo de luz, a fim faz com que as medidas estatísticas tais como quânticos (fotões) de contagem muito diferente dos clássicos, isto é, as propriedades não clássicos de luz, tais como antibunching fotões . ${\ Displaystyle {\ hat {a}} _ {j} ^ {\ dagger} {\ hat {a}} _ {j}}$${\ Displaystyle {\ hat {a}} _ {j} {\ hat {a}} _ {j} ^ {\ dagger}}$

Além disso, a teoria da fotodetecção de Glauber é de longo alcance significado fundamental para a interpretação da mecânica quântica . A teoria de detecção de Glauber difere da interpretação probabilística Nascido, na medida em que expressa o significado da lei física em termos de fatos medidos (relações), contando eventos nos processos de detecção, sem assumir o modelo de partícula da matéria. Estes conceitos muito naturalmente levar a uma abordagem relacional à física quântica .

Referências