Laserstrahl-Photonenzählung

Ich würde gerne wissen, ob es Geräte gibt, die das einzelne Photon erkennen können, das einem normalen Laserstrahl fehlt.

Mir ist bekannt, dass es Einzelphotonenzähler gibt, aber ich möchte einen Optikexperten fragen, ob sie mit Laserstrahlen hoher Intensität (Anzahl der Photonen ∼ 10 10 ) mit Einzelphotonengenauigkeit.

Sie fragen sich also im Wesentlichen, was die höchste Anzahl von Photonen ist, die mit einem Photonenzahl-auflösenden Detektor nachgewiesen werden kann?
Eigentlich frage ich, ob es Detektoren gibt, die das einzelne Photon in einem Laserstrahl auflösen können (mit ∼ 10 10 Photonen).
"Das" einzelne Photon? Oder möchten Sie eine genaue Zählschätzung mit einer Genauigkeit von 10 Stellen erhalten?
Sie sollten sich auch darüber im Klaren sein, dass Laserstrahlen der Poissonschen Statistik gehorchen, was bedeutet, dass ihre Photonenzahl unsicher ist N für einen Staat mit N Photonen im Durchschnitt. Bei dieser Art von intensivem Strahl sehen Sie sich Abweichungen von Zehntausenden an.
@EmilioPisanty nein, Emilio, ich glaube, er will wissen, ob es Detektoren mit so hoher Effizienz gibt. Ein Detektor kann auch einen gewissen Zyklus haben, nachdem er ein Photon detektiert hat, muss er bereit gemacht werden, um ein weiteres aufzuzeichnen.
Ok, wie ich Ihren Kommentaren entnehmen kann, ist es nicht möglich, einen Detektor zu haben, der die Anzahl der Photonen (mit Einzelphotonenempfindlichkeit) zählt, die von einem Laser in einer bestimmten Zeit emittiert werden. Richtig?
Das ist richtig, sicherlich für die konventionellen kohärenten Zustände, die von einem Laser erzeugt werden. Es könnte im Prinzip möglich sein, wenn die Quelle einen gequetschten Zustand erzeugt, aber jemand mit viel viel mehr Wissen als ich müsste diese Möglichkeit kommentieren.

Antworten (3)

Nein, bisher ist kein Detektor bekannt, der einen so enormen Dynamikbereich der Photonenzahl aufweist. Im optischen Bereich können hochmoderne Photonenzahl-auflösende Detektoren Zahlen im einstelligen Bereich auflösen . (Dieses Papier hat eine etwas andere Herangehensweise an das Thema). Im Mikrowellenbereich Zahlen im zweistelligen Bereich oder bis zu 10 dB möglich. Aber ein dynamischer Bereich von 100 dB kommt einfach nicht in Frage.

Das ist ungefähr (die Grenzen von) Detektoren. Nun, für Lichtquellen, wie Emilio zu Recht betont hat, weisen typische Laser Poissonsche Statistiken auf. Wenn Sie sich einen gepulsten Laser und einen hypothetischen Detektor vorstellen, die die genaue Anzahl der Photonen in jedem Puls zählen und angeben würden, würden Sie eine Gaußsche Verteilung beobachten, die um einen bestimmten Wert zentriert ist μ >> 1 und mit der gleichen Varianz; siehe Abbildung 3a aus dieser Referenz als Beispiel.

Wenn Sie Lichtquellen berücksichtigen möchten, die genau strahlen N jedes Mal Photonen, dann wiederum haben Sie eine einstellige Leistung im optischen Bereich und etwas bessere Zahlen im Mikrowellenbereich. Allerdings kann man hier (wie garyp in einem Kommentar schrieb) auch Zustände erzeugen, die in die Photonenzahl gequetscht werden und der Mittelwert ziemlich hoch sein kann. Zum Vergleich mit der Laserleistung wäre die Statistik hier subpoissonsch .

Zwischen den statistischen Nachweisgrenzen, die als „Quanteneffizienz“ definiert sind, und dem enormen Dynamikbereich, den Sie vorschlagen, lautet die Antwort eindeutig „nein“. Es gibt eine Reihe kommerzieller Einzelphotonendetektoren, die alle sowohl ihre Quanteneffizienz oder Wahrscheinlichkeit, ein Photon zu erkennen, als auch ihre „Erholungszeit“ aufweisen, die angibt, wie lange das Gerät nach einer Photonenerkennung warten muss, bevor es ist in der Lage, eine weitere Erkennung zu melden. Bei normaler Verwendung werden diese beiden Parameter auf tatsächliche Messwerte angewendet, um eine Schätzung der tatsächlichen Eingangsphotonenrate zu erhalten. Soweit ich mich erinnere, ist das Beste, was Sie bekommen können, ein paar Jahrzehnte dynamischer Erfassungsbereich.

Alles statistisch :-)

Nein, weit davon entfernt. Es gibt keinen einzelnen Detektor, der wirklich zwischen 10000000000 und 10000000001 Photonen unterscheiden würde, die den Detektor erreichen.

Ok ich verstehe, danke. Was ist eine gute Schätzung des Wirkungsgradprozentsatzes in Bezug auf die (nominale) Anzahl von Strahlphotonen? D. h., kann ein Gerät zum Beispiel Variationen der Ordnung von beispielsweise 5 % der Anzahl der Photonen erkennen?
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