Polarisation von gewöhnlichem Licht, Laser und Photonen des atomaren Übergangs

Bei einem typischen Laser mit externem Resonator sind die Enden der Röhre mit Brewster-Fenstern versiegelt, die linear polarisiertes Licht einer Orientierung viel effizienter durchlassen als Licht der anderen Orientierung. Das von den Brewser-Fenstern durchgelassene Licht wird anschließend (von den Hohlraumspiegeln) durch dasselbe Fenster in die Röhre zurückreflektiert. Infolgedessen kann das Licht, das leicht durch die Brewster-Fenster geht, verstärkt werden, während es durch das angeregte Gas in der Röhre geht, sodass der emittierte Strahl die entsprechende lineare Polarisation hat.

Wenn ein Gaslaser keine Brewster-Fenster hat, sondern nur Spiegel, die direkt an den Enden der Röhre versiegelt sind, gibt es nichts, was eine Polarisationsrichtung gegenüber einer anderen bevorzugt, sodass Licht aller Polarisationen gleichmäßig verstärkt wird und der Ausgangsstrahl nicht polarisiert ist . Wenn ein Zirkularpolarisator innerhalb des Resonators enthalten wäre, würde der Laser zirkular polarisiertes Licht emittieren.

Wärmestrahlung wie die einer Glühwendel ist normalerweise nicht polarisiert. Ebenso ist Licht, das von heißem Gas ohne vorhandene Felder emittiert wird, nicht polarisiert. Wenn jedoch ein magnetisches oder elektrisches Feld vorhanden ist, definiert das Feld eine Richtung. Die Atome oder Moleküle im heißen Gas neigen dazu, in Feldrichtung – oder manchmal senkrecht zur Feldrichtung – orientiert zu sein; und kann dann polarisiertes Licht aussenden.

Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Quantenmechanik dafür sorgt, dass die Polarisation eines einzelnen Photons normalerweise nicht gut bestimmt ist. Es hat eine bestimmte Wahrscheinlichkeit, diese oder jene Polarisierung zu haben, aber beide Wahrscheinlichkeiten sind normalerweise endlich, es sei denn, etwas zwingt die Polarisierung, einen bestimmten Zustand einzunehmen. Ein freies Atom ist per Definition ziemlich uneingeschränkt, emittiert also Licht ohne bestimmten Polarisationszustand. Wenn andererseits ein magnetisches oder elektrisches Feld vorhanden ist, ist das emittierte Licht wahrscheinlich polarisiert. In einer Ansammlung unorientierter Atome gibt es keine eindeutige Polarisation in ihrem emittierten Licht.

Tatsache ist, dass nicht jeder Laserstrahl im Wesentlichen polarisiert ist.

Wenn Polarisation auftritt, ist dies nicht unbedingt auf die stimulierte Emission an sich zurückzuführen, sondern auf das spezifische Medium und/oder die Konfiguration. Sie können zum Beispiel einen Kristall pumpen, der tatsächlich als Polarisator wirkt.

Weitere Details finden Sie unter https://www.rp-photonics.com/polarization_of_laser_emission.html

Bearbeiten Sie ursprünglich, um auf "Warum ist Laser polarisiert?" zu antworten.

Wie ich sehe, wurde das Q stark bearbeitet. Während die Antwort Q1 beheben sollte, ja für Q2. Betrachten Sie die Polarisation nur für einen Lichtstrahl und damit als kollektive Eigenschaft. (Für ein einzelnes Photon schließen Quanteneffekte aus, eine gut bestimmte Polarisation zu haben, zumindest im Sinne eines Lasers). Polarisation kann nicht aus einem Ensemble hervorgehen, wenn dieses nicht geordnet und optisch aktiv ist.

1. Die thermisch angeregten Atome emittieren Photonen mit unterschiedlicher Phase und Polarisation. Infolgedessen ist die Kohärenz solcher Quellen gering bis gar nicht vorhanden.

Der Laser hat einen Resonator mit zwei Spiegeln, die die ursprünglich als spontane Emission emittierten Photonen einschließen. Wenn ein Elektron im angeregten Zustand ist und ein Photon kommt, emittiert das Atom zwei Photonen mit identischer Phase und Polarisation - stimulierte Emission. Diese zwei Photonen werden von einem Spiegel zurückreflektiert und werden zu vier. Somit besteht der Strahl aus Photonen, die hauptsächlich in Phase sind und eine bestimmte Polarisation haben.

2. Die Polarisation hängt mit dem Verhalten der Feldvektoren im Zeitbereich zusammen. Einzelne Photonen können jedoch auch polarisiert sein. Am natürlichsten sind die links- und rechtszirkularen Polarisationen$\pm \hbar$. Es ist auch weit verbreitet, dass Photonen linear polarisiert sein können oder eine Überlagerung von links- und rechtszirkular sein können.