Квантовая оптика

Ква́нтовой о́птикой называют раздел оптики, занимающийся изучением явлений, в которых проявляются квантовые свойства света. К таким явлениям относятся: тепловое излучение, фотоэффект, эффект Комптона, эффект Рамана, фотохимические процессы, вынужденное излучение (и, соответственно, физика лазеров) и др. Квантовая оптика является более общей теорией, чем классическая оптика. Основная проблема, затрагиваемая квантовой оптикой — описание взаимодействия света с веществом с учётом квантовой природы объектов, а также описания распространения света в специфических условиях. Для того, чтобы точно решить эти задачи, требуется описывать и вещество (среду распространения, включая вакуум) и свет исключительно с квантовых позиций, однако часто прибегают к упрощениям: одну из компонент системы (свет или вещество) описывают как классический объект. Например, часто при расчётах, связанных с лазерными средами, квантуют только состояние активной среды, а резонатор считают классическим. Однако, если длина резонатора будет порядка длины волны, то его уже нельзя считать классическим и поведение атома в возбуждённом состоянии, помещённого в такой резонатор, будет гораздо более сложным. оптикаКвантовая оптика

Квантовая оптика

Жылулық сәуле шығару − дененің ішкі энергиясы есебінен электрмагниттік толқындардың таралуы.

Квантовая оптика

Сәуле шығарудың тепетеңдігі − бірлік уақыт ішінде жұтылатын және шағылатын энергиялар өзара тең. Энергия ағыны: Ф  dW dt Энергетикалық жарықталыну: R  dW dS dt

Квантовая оптика

Сәуле шығару әр түрлі жиіліктегі  (немесе әр түрлі ұзындықтағы ) толқындардан құралады.   2 , d ( , cT c    2 c   )  d ) d  ) d ,( ,(  d  d     dR dR  dR 

Квантовая оптика

Сәуле шығарғыштық қабілеті: dR   d r T   Сәуле шығарғыштық қабілеті − дененің бірлік ауданының бірлік уақытта бірлік жиілік интервалында шығаратын энергиясы. r T   dR   d

Квантовая оптика

R   dR    dR    dr  Т Жұтқыштық қабілеті: a T        dr Т    Фd dФ dФ − денеге келетін энергия ағыны, Фd  − дене жұтатын энергия ағыны.

Квантовая оптика

Барлық жиіліктегі жарықты толығымен жұтатын дене абсолют қара дене. Абсолют қара дене: 1TА Сұр дененің жұту қабілеті барлық жиілік үшін бірдей, температурасы мен материалына тәуелді, және 1ден кем. дененің тек А T  А Т const 1

Квантовая оптика

Абсолют қара дененің моделі.

Квантовая оптика

Кирхгоф заңы. r  T a  T    2 ... f    r  T a  T       1   ( ( T ) , r  T ) ачт . Сәуле шығарғыштық қабілетінің, жұтқыштық қабілетіне қатынасы, дененің табиғатына тәуелді емес, ол барлық дене үшін жиілік пен температураның функциясы және абсолют қара дененің сәуле шығарғыштық қабілетіне тең. табылады болып

Квантовая оптика

Стефан − Больцман заңы. R  ,4T  67,5  810 Вт Км 2 4 А.қ.днің энергетикалық жарқырауы 4ші дәрежелі термодинамикалық температураға тура пропорционал.

Квантовая оптика

А.қ.днің сәуле шығарғыштық қабілетінің толқын ұзындығына тәуелділігі.

Квантовая оптика

Виннің ығысу заңы.  m b  T , b   3109,2  Км А.қ.днің сәуле шығарғыштық қабілетінің максимумына сәйкес толқын ұзындығы m оның температурасына кері пропорционал

Квантовая оптика

Абсолют қара дененің сәуле шығарғыштық қабілеті үшін РэлейДжинс формуласы.   r T 2 2 c 2 kT РэлеяДжинс формуласы тәжірибемен тек төмен жиілікте сәйкес келеді.

Квантовая оптика

Классикалық физикада кезкелген жүйенің энергиясы үздіксіз өзгереді. кванттық Планктың сәйкес электрмагниттік сәуле шығару үздіксіз атомдар түрінде емес, энергиялық (кванттық) жеке порциялар түрінде болады. гипотезасына  0  h  h h c    2    ,   h  2

Квантовая оптика

Планк тұрақтысы:  10 63,6  h  34  сДж Сәуле шығару энергиясы:  nh  n   n 0  Планк формуласы:  2 2 c 2 r  T  n  ...,2,1,0  h /( ) kT  h  1 e

Квантовая оптика

гипотезасы Эйнштейн жарық кеңістікте шашырайды, таралады және денелер оны жеке энергиялық(кванттық) порциялар түрінде жұтады. Электрмагниттік сәуле шығарудың кванты фотондар деп аталады. бойынша h   hE   hc  Фотон массасы: m Фотон импульсі: 2mc  h 2c  p   h c c

Квантовая оптика

Рентгендік сәулелер жылдам электрондарды затпен тежегенде электронның кинетикалық энергиясының энериясына айналуы нәтижесінде пайда болады. сәуле шығару

Квантовая оптика

Комптон эффектісі − рентген сәулелерін кез затпен шашыратқанда, шашыраған келген сәулелерде бастапқы ұзындықтағы  сәуле шығарумен қатар үлкен ұзындықтағы ‘ толқындар кездеседі.

Квантовая оптика

`     1 к к  θ − шашырау бұрышы, 2 cos  2  2 sin к − комптондық толқын ұзындығы .

Квантовая оптика

Рентгендік фотонның тыныштықтағы электрон арқылы серпімді шашырауы.

Квантовая оптика

Түсуші фотонның импульсі және энергиясы : m 0  ,0 2 cm 0 2  0  0   h 0 , p 0   h 0 c соқтығысуға Электронның энергиясы және импульсі: ,  2 W e 0 cm 0 дейінгі p e 0  0 Шашыраған фотонның энергиясы мен импульсі:  ,  h p   h c

Квантовая оптика

Соқтығысудан кейінгі электрон энергиясы және импульсі: W e  mc ,2 mp e  Импульс және энергияның сақталу заңы:  p 0  0      p e  W e 0 0   p    p e W e

Квантовая оптика

h 2  cm 0 sin 2  2 Электронның Комптондық толқын ұзындығы:  к h cm 0  ,2 426  10 12 м

Квантовая оптика

Жарық қысымы.  FЛ  Bq   Жарықтың металл бетіне түсіретін қысымы Лоренц күшінің бетке перпендикуляр металл ішіне бағытталуымен түсіндіріледі.

Квантовая оптика

P P P P P P P P P P P               pN pN pN pN pN pN pN     pN pN pN pN E E E E E E E E E E E N N N N N N N     c c c c c c c c c c c N N N N Кванттық бойынша жарықтың бетке түсіретін қысымы фотонның соқтығуы кезінде өз импульсін беруімен түсіндіріледі. теория P  pN  N P 2 N  шағылу коэффициенты E c E c  1 P  2 E c  N  E c  1  N    2 E c  N  E c N  E c  N   E c N   E c N   1 N E c     1    h c N

Квантовая оптика

E c E c  p  1(   ) w 1(  ) Е − бірлік уақыт ішінде бірлік ауданға түсетін барлық фотондардың энергиясы. ρ − шағылу коэффициенті, w − энергияның көлемдік тығыздығы.

Квантовая оптика

Сутегі атомының спектрлық сериялары R     1 2 2  1 2 n    R     1 2 1 R     1 2 3   1 2 n    1 2 n    R     1 2 4 R     1 2 5   1 2 n    1 2 n    Бальмер сериясы Лайман сериясы Пашен сериясы Брэкет сериясы Пфунд сериясы

Квантовая оптика

R     1 2 m  1 2 n    ....4,3,2,1m 1mn mvr= nħ (n= 1, 2, 3 …) ħ = h/2π ν h = En – Em R     1 2 m  1 2 n   

Квантовая оптика

n  E h E m h rn  2  Zme 2 2 n =ω ħ E n  E m  2 mv  r 2 Ze 2 r (n = 1, 2, 3 …) 4 me 2 h    1 2 n  1 2 m      4 3 me  4 1 2 mh     1 2 n    R = 3,29 1016 c1

Квантовая оптика

h P px  h py  h pz  h tE  h , tzyx ..   W  ~ , tzyx , , 2 2   * dW 2 dV dW2 dV W   dW 2 dV   v  2   dV  1

Материалы на данной страницы взяты из открытых истончиков либо размещены пользователем в соответствии с договором-офертой сайта. Вы можете сообщить о нарушении.

09.02.2017