Ist eine rein klassische Beschreibung von Lasern möglich?

Die Laserwirkung wird normalerweise in Begriffen von Photonen und stimulierter Emission beschrieben. 1972 veröffentlichten Borenstein und Lamb eine Arbeit *, in der sie behaupteten, dass Laser klassisch auf der Grundlage nichtharmonischer Oszillatoren beschrieben werden können. Ist dieser Ansatz oder irgendein anderer klassischer Ansatz angemessen, um den Laserbetrieb zu erklären? Ist eine klassische Beschreibung von Lasern möglich?

Einige neue klassische Ergebnisse sind hier: https://phys.org/news/2020-07-laser-spectral-linewidth-classical-physics-phenomenon.html

*Es ist keine Werbung für die Website beabsichtigt. Es ist praktisch, die Referenz und die Zusammenfassung anzuzeigen.

Ihr Titel und Ihr Fragetext stimmen etwas nicht überein. Möchten Sie, dass der Ansatz/das Papier erläutert wird, oder möchten Sie die aktuelle Sichtweise dieses Ansatzes im Vergleich zu anderer Literatur und den seitdem erzielten Fortschritten erfahren?
Die Frage ist: Ist eine klassische Beschreibung der Laseroperation möglich?
Beantwortet Ihre Zeitung das nicht?
Die abstrakte Schlussfolgerung, die ich verlinkt habe, lautet: „Laserwirkung ist an sich kein quantenmechanischer Effekt“. Laut Lamb lautet die Antwort also ja. Als Nobelpreisträger verdient er Anerkennung. Alle Behandlungen, die ich kenne, berufen sich jedoch auf die Quantenmechanik, und auch "Laser" ist ein Akronym für "Lichtverstärkung durch stimulierte Emission".
Ein Teil der Antwort findet sich hier physical.stackexchange.com/questions/81102/… : Es wird behauptet, dass der Freie-Elektronen-Laser vollständig durch die klassische Elektrodynamik beschrieben werden kann.
Dieses Video, in dem gezeigt wird, dass destruktive Interferenz zur Quelle zurückgeht, youtube.com/watch?v=J4Ecq7hIzYU , scheint mir nur in einem quantenmechanischen Modell möglich zu sein, da ich keine klassische kohärente Quelle sehen kann, die dazu in der Lage ist Lösung, eine totale Wellenfunktion, die den Aufbau beschreibt.

Antworten (2)

Die Quantenmechanik wird vor der Ionisation des Elektrons benötigt, um einen Laser richtig zu beschreiben.

Siehe „ Introduction to Quantum Features of Laser Physics “ (Phys. Scr. 1986) Stig Stenholm für eine einseitige Zusammenfassung der historischen Beschreibung des Laserns und eine kurze Liste von Referenzartikeln.

Für eine möglichst klassische Erklärung siehe: " From a Quantum to a Classic Description of Intense Laser–Atom Physics with Bohmian Trajectories " (20.11.2009), von Lai, Cai und Zhan:

Abstrakt.

In diesem Artikel wird die Bohmsche Mechanik auf intensive Laser-Atom-Physik angewendet. Die Bewegung eines atomaren Elektrons in einem intensiven Laserfeld ergibt sich aus der Bohm-Newton-Gleichung. Wir stellen fest, dass das Quantenpotential, das den Quanteneffekt eines physikalischen Systems dominiert, vernachlässigbar wird, wenn das Elektron durch das intensive Laserfeld weit vom Elternion weggetrieben wird, dh das Verhalten des Elektrons tendiert glatt zum klassischen, kurz nachdem das Elektron ionisiert ist. Unsere numerischen Berechnungen liefern direkte positive Beweise für semiklassische Trajektorienmethoden in der intensiven Laser-Atom-Physik, wo die Bewegung des ionisierten Elektrons durch klassische Mechanik behandelt wird, während Quantenmechanik vor der Ionisation benötigt wird.

...

Der einzige Unterschied zwischen der Bohm-Newton-Gleichung und der Newton-Gleichung besteht darin, dass es in der Bohm-Newton-Gleichung einen zusätzlichen Term gibt, der als Quantenpotential bezeichnet wird. Wenn das Quantenpotential vernachlässigbar ist, reduziert sich die Bohm-Newton-Gleichung auf die Standard-Newton-Gleichung, und dann kann die Bewegung der Teilchen durch die klassische Mechanik beschrieben werden.

Siehe auch unsere Frage: Laserstrahl in Bezug auf die Maxwell-Gleichungen

Dies scheint nicht mit der Frage des OP zusammenzuhängen. Das OP fragt nach dem Laserprozess selbst, nicht nach der Ionisierung eines Atoms durch einen Laser.

Mit einem klassischen EM-Feld können Sie sicherlich viel über die Laserwirkung erklären. Um jedoch Verstärkung zu erzeugen und die Emissionsraten (spontan und stimuliert) zu berechnen, müsste man die grundlegende Quantenwellenmechanik verwenden, wie Einstein in seinem berühmten Artikel von 1917, der eine solche Aktion beschreibt.

Wenn das stimmt, was macht Lamb dann falsch? Und was ist der grundlegende Unterschied zwischen einem Freie-Elektronen-Laser, der kohärentes 10.6 μ M Licht und ein CO2-Laser, der dasselbe erzeugt?
Ist eine rein klassische Beschreibung von Lasern möglich?
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