Ist ein einzelnes Photon perfekt monochromatisch?

Jetzt haben wir Geräte, um jeweils einzelne Photonen zu erzeugen, und LASER sind nahezu monochromatisch.

Während ich die Frage tippe, stelle ich fest, dass aufeinanderfolgende Photonen im Falle einer Einzelphotonenerzeugung leicht unterschiedliche Wellenlängen haben können, aber sind ihre einzelnen Photonen im Wesentlichen monochromatisch? Weil wir die Phänomene möglicherweise nutzen können, um hochkohärente Laser herzustellen.

Fragen Sie, ob ein Photon eine Wellenlänge ist? Wenn ja - ja. Aber das macht den letzten Satz nicht wahr.

Antworten (2)

Jede Messung der Energie des Photons (dh Frequenz oder Wellenlänge im freien Raum, obwohl eine direkte Identifizierung von Partikeleigenschaften mit Welleneigenschaften etwas lückenhaft ist) gibt einen einzelnen Wert zurück. Jedes Mal.

Aber ... Sie können Heisenberg nicht täuschen, und wenn Sie die Position der Photonen eingeschränkt haben – sagen wir, indem Sie darauf bestehen, dass sie den Detektor treffen – dann

  1. Sie können nicht genau vorhersagen, was die Messung zurückgeben wird
  2. Messungen vieler Photonen aus einer einzelnen Quelle zeigen eine Breite ungleich Null
Die entsprechende Unschärferelation zu Ort-Impuls ist Energie-Zeit. Wenn Sie die Wellenlänge (Energie) perfekt messen, müssen Sie keine Informationen darüber haben, wann Sie sie gemessen haben.

Ja - aber nicht wirklich.

Ein einzelnes Photon hat einen einzigen Wert für seine zugehörige Wellenlänge - also ist es im formalen Sinne perfekt monochromatisch .

Aber im physikalischen Sinne gilt das Konzept eines Spektrums (wie: monochromatisch) grundsätzlich nicht für ein einzelnes Photon.

In der Praxis haben Sie diese "einzelnen Photonen mit einer bestimmten Wellenlänge" nicht, mit denen Sie aktiv arbeiten können, wie in der Frage impliziert - das würde bedeuten, Heisenberg zu ignorieren.
Aber Sie können messen, dass Sie einen hatten - sogar mit einer bestimmten Wellenlänge.

Siehe auch
Frequenz und Wellenlänge von Photonen
und
Kann ein Photon mehrere Frequenzen aufweisen? diskutieren, dass ein Photon eine Überlagerung mehrerer
Frequenzzustände sein kann - natürlich vor der Messung.

Ihr vorletzter Satz muss etwas geschärft werden, denke ich. Wie Sie sagen, hat ein einzelnes Photon eine einzige Frequenz und Wellenlänge. Was Sie physisch haben könnten , ist eine Reihe von sehr eng beieinander liegenden Modi. Das Photon wird in einem dieser Modi leben, aber wir wissen vielleicht nicht, in welchem. Unabhängig davon, welcher Modus angeregt wird, hat er jedoch eine einzige Frequenz und Wellenlänge. Photonen selbst haben keine Frequenzspreizung.
@garyp Harmloser und jetzt richtig, denke ich? :)
@garyp wenn das Photon in einem dieser Modi lebt, aber wir wissen nicht in welchem, ist es dann nicht ein gemischter Zustand? Ein Photon in einem reinen Zustand kann sich in einer Überlagerung mehrerer Moden befinden, aber in diesem Fall lebt es nicht in einer von ihnen.
Selbst wenn ein Photon zu einem Zeitpunkt in einem einzigen Modus liegt, muss die Frequenz eine von unserem Wissen unabhängige Streuung haben, da wir sonst sagen könnten, dass es einen Frequenzwert mit unendlicher Genauigkeit hat (unabhängig davon, ob wir es messen können oder nicht), was nicht der Fall ist möglich. Eine einzelne Wellenlänge in einer einzigen mehr sollte also nicht der Fall sein.
@harshfi6 Wir streiten vielleicht über die Sprache. Meine Sichtweise ergibt sich aus dem, was ich aus Büchern (Loudon und Mandel und Wolf) entnehme. (Ich kann sie falsch darstellen.) Mein Photon: eine einzelne Anregung eines Energieeigenzustands / Zahleneigenzustands. Es hat eine einzige Frequenz, eine genau definierte Besetzungszahl und eine völlig unbestimmte Phase. Alles andere ist ein Feldzustand, aber kein Photon. Beachten Sie, dass die Zustände entartet sind. Im freien Raum, k → kann in jede Richtung zeigen oder eine Überlagerung davon sein, so dass das Feld mit Begrenzungen nicht raumfüllende Formen annehmen kann (z. B. Hohlräume).
@harshfi6 Ein Modus hat eine einzige genau definierte Frequenz. Ein gemischter Zustand beschreibt ein Ensemble . Ein reiner Zustand kann eine Überlagerung mehrerer Moden sein. Wenn die Überlagerung über Wellenvektoren derselben Frequenz erfolgt, handelt es sich um einen Energieeigenzustand, der eine wohldefinierte Besetzungszahl haben kann. Die Anregungen dieses Zustands würde ich Photonen nennen . Wenn die Überlagerung über Moden unterschiedlicher Frequenz erfolgt, haben wir keine Energieeigenzustände und wohldefinierte Besetzungszahlen. Ich würde Anregungen dieses Zustands nicht Photonen nennen.
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