bewegt sich das Photon in einem optischen Wirbel auf einer spiralförmigen Bahn?

Die Wellenfront des optischen Wirbelstrahls ist spiralförmig. Bedeutet das, dass sich das Photon auf einer spiralförmigen Bahn bewegt? Wenn der optische Wirbelstrahl auf einen Schirm fokussiert wird, wird ein ringförmiger Ring mit dunklem Zentrum beobachtet. Wenn ich nur einen kleinen Bogen dieses Rings nehme, den Rest des Rings blockiere und ihn ausbreiten lasse, würde ich dann sehen, dass der Lichtstrahl tatsächlich einem spiralförmigen Pfad folgt? Wie würde das passieren? Natürlich hat der optische Wirbelstrahl einen Umlaufdrehimpuls, aber für mich ergibt es immer noch keinen Sinn. Wie sollte sich das Photon auf einer spiralförmigen Bahn bewegen?

Photonen reisen überhaupt nicht. Ein Photon ist einfach eine Quantenzahl, die zu einer Anregung des Quantenfeldes gehört.

Antworten (1)

Nein, die Photonen bewegen sich nicht in einer Helix, sie bewegen sich geradlinig, aber mit einer ortsabhängigen Phasenverzögerung. Beim Blick über die Wellenfront des Strahls gibt es eine vom Polarwinkel abhängige Phasenverzögerung θ um die Strahlachse.

Wenn wir die komplexe Amplitude einer einfachen helikalen Mode als nehmen ζ ( R , θ , z ) = u ( R , z ) e − ich k z e ich l θ Wo u ( R , z ) ist die Amplitude am Radius R , z ist die vom Strahl zurückgelegte Strecke, k ist die Wellenzahl und l ist eine feste ganze Zahl. Der e ich l θ Teil zeigt, dass die einzige Besonderheit des Strahls diese feste Phasenverzögerung ist, die von ihm abhängig ist θ .

Wenn wir den gesamten Strahl ausbreiten, ändert sich natürlich die Phase mit z wie bei jedem anderen Strahl. Wenn wir die Linie zeichnen, wenn die Modulo-Phasenverschiebung gleich Null ist, würde dies eine Helix nachzeichnen, daher der Name.

ok, hab das. Bedeutet das also, dass, wenn ich einen kleinen Bogen des ringförmigen Rings nehme und ihn ausbreiten lasse, er nicht dem spiralförmigen Pfad folgt, sondern sich wie jeder gewöhnliche Strahl ausbreitet?
ja das ist richtig
Der Ring ist zwar eine Eigenfunktion der Fourier-Transformation, ein kleiner Bogen davon jedoch nicht, sodass der kleine Bogen während der Ausbreitung nicht invariant bleibt ...
Warum ist die Mitte des Strahls im Wirbelstrahl dunkel? Ich habe irgendwo gelesen, dass es daran liegt, dass sich in der Mitte das Licht mit allen Phasen von 0 bis 2pi überlagert, um eine resultierende Null zu ergeben. Aber wenn es wahr ist, sollte ein optischer Wirbelstrahl mit fraktionierter topologischer Ladung keinen dunklen Kern haben, da dann im Kern nicht die gesamte Phase vorhanden sein wird. Bitte geben Sie Ihre Meinung ab. @docPhil
Wenn sich die Photonen in einer geraden Linie bewegen, woher wissen diejenigen am inneren Durchmesser des Wirbels, dass sie eine Änderung nur ein wenig schneller erfahren als die am äußeren Durchmesser? Außerdem wäre die "Änderung" in diesem Zusammenhang keine sinusförmige. Ich denke, die Photonen bewegen sich in einer Helix.
"Photonen reisen in einer geraden Linie" ist genauso irreführend wie "Photonen reisen in einer Helix". Impuls-Eigenzustände (zB ebene Wellen) sind die einzigen Moden mit einem bestimmten Impuls (Richtung), und jede andere Feldkonfiguration ist eine Überlagerung solcher Zustände (und hat daher keine bestimmte Richtung).
@Punk_Physicist ein fairer Punkt. Ich habe meine Antwort vielleicht zu stark vereinfacht. Wovon ich wegkommen wollte, ist das Bild eines Photons, das auf magische Weise durch den Weltraum wirbelt.
@docPhil Um fair zu sein, ist dies ein schwieriges Konzept, das auf einfache Weise ausgedrückt werden kann. Ich denke, das ist den konzeptionellen Schwierigkeiten mit atomaren Wellenfunktionen sehr ähnlich. Für ℓ≠0 Eigenzustände des Atoms hat das Elektron eindeutig einen Bahndrehimpuls ungleich Null, aber es ist nicht klar, ob man sagen kann, dass es eine echte Winkelbewegung gibt, weil die Zustände "stationär" sind.
bewegt sich das Photon in einem optischen Wirbel auf einer spiralförmigen Bahn?
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