Kvantová optika je pole kvantová fyzika ktoré sa osobitne zaoberajú interakciou fotóny s hmotou. Štúdium jednotlivých fotónov je rozhodujúce pre pochopenie správania elektromagnetických vĺn ako celku.
Aby sa presne objasnilo, čo to znamená, slovo „kvantové“ sa vzťahuje na najmenšie množstvo fyzickej entity, ktorá môže interagovať s inou entitou. Kvantová fyzika sa preto zaoberá najmenšími časticami; sú to neuveriteľne malé subatomické častice, ktoré sa správajú jedinečným spôsobom.
Slovo „optika“ vo fyzike sa vzťahuje na štúdium svetla. Fotóny sú najmenšie častice svetla (je však dôležité vedieť, že fotóny sa môžu správať ako častice aj vlny).
Vývoj kvantovej optiky a fotónovej teórie svetla
Teória, že svetlo sa pohybovalo v diskrétnych zväzkoch (t. J. Fotónoch), bola prezentovaná v dokumente Maxa Plancka z roku 1900 o ultrafialovej katastrofe v žiarenie čierneho tela. V roku 1905 Einstein rozšíril tieto princípy vo svojom vysvetlení fotoelektrický efekt definovať fotónovú teóriu svetla.
Kvantová fyzika sa vyvinula v prvej polovici dvadsiateho storočia do značnej miery prostredníctvom práce na našom porozumení toho, ako fotóny a hmota interagujú a vzájomne súvisia. Toto sa však považovalo za štúdium danej veci viac ako zapojené svetlo.
V roku 1953 bol vyvinutý masér (ktorý emitoval koherentné mikrovlny) av roku 1960 laser (ktoré vyžarovalo koherentné svetlo). S rastúcim významom vlastností svetla zahrnutého v týchto zariadeniach sa začala používať kvantová optika ako termín pre tento špecializovaný študijný odbor.
zistenie
Kvantová optika (a kvantová fyzika ako celok) vnímajú elektromagnetické žiarenie ako pohybujúce sa súčasne vo forme vlny aj častice. Tento jav sa nazýva dualita vlnových častíc.
Najbežnejším vysvetlením toho, ako to funguje, je to, že fotóny sa pohybujú v prúde častíc, ale celkové správanie týchto častíc je určené funkcia kvantovej vlny ktorá určuje pravdepodobnosť, že častice sa nachádzajú v danom mieste v danom čase.
Na základe zistení z kvantovej elektrodynamiky (QED) je tiež možné interpretovať kvantovú optiku vo forme tvorby a zničenia fotónov, ktoré opisujú operátori v teréne. Tento prístup umožňuje použitie určitých štatistických prístupov, ktoré sú užitočné pri analýze správania svetla, aj keď to tak je predstavuje to, čo sa fyzicky odohráva, je záležitosťou určitej diskusie (aj keď ju väčšina ľudí považuje za užitočnú matematiku Model).
aplikácia
Lasery (a masery) sú najbežnejšou aplikáciou kvantovej optiky. Svetlo vyžarované z týchto zariadení je v koherentnom stave, čo znamená, že svetlo sa podobá klasickej sínusovej vlne. V tomto koherentnom stave je kvantová mechanická vlnová funkcia (a tým aj kvantová mechanická neistota) rozdelená rovnomerne. Svetlo vyžarované laserom je preto vysoko usporiadané a vo všeobecnosti obmedzené na v podstate rovnaký energetický stav (a teda rovnakú frekvenciu a vlnovú dĺžku).