Haben Photonen eine Dauer?

Wie lange dauert jeder Puls, wenn Licht Photon für Photon emittiert (oder empfangen) wird? Liegt es an der Wellenlänge? Ist es möglich, einen Laserpuls (oder eine Radiowelle) zu erzeugen, der kürzer ist als die Wellenlänge (Oszillationsperiode)?

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Antworten (1)

Dies hängt natürlich von der Lichtquelle ab - einige Quellen erzeugen längere Pulse und andere Quellen erzeugen kürzere Pulse. Generell gilt jedoch, dass die Pulsdauer nicht durch die Wellenlänge, sondern durch die Bandbreite des Pulses, also die Länge, begrenzt ist Δ ω des Intervalls von Frequenzen, die wesentlich zum Spektrum des Pulses beitragen. Allgemein gesagt, die Pulsdauer Δ τ wird durch die Bandbreite über eingeschränkt

Δ τ   Δ ω ≳ 1 ,
das ist im Wesentlichen die Heisenbergsche Unschärferelation minus der ganzen Quantenmechanik.

Wenn Sie einen Impuls mit einer einzigen Wellenlänge erzeugen möchten, müssen Sie im Allgemeinen einen unendlich langen Impuls haben. Wenn Sie einen Impuls haben möchten, der kürzer als die Trägerwellenlänge ist ω 0 , dann die Bandbreite Δ ω wird größer sein als ω 0 und Sie werden ein breites Spektrum mit mehreren Oktaven haben, wo Ihr Original ist ω 0 könnte immer noch relevant sein, um die feineren Details des Spektrums zu beschreiben, aber es ist im Wesentlichen unmöglich, aus einer qualitativen Betrachtung des letzteren abzuleiten.

Weitere Einzelheiten finden Sie in meiner Antwort auf die eng verwandte Frage Wie kann eine Wellenlänge für einen Laser definiert werden, bei dem die Laufstrecke eines Photons über eine Impulsdauer kleiner als eine Wellenlänge ist? .

Vielen Dank für die Antwort und den Link, +1 für beide, weil sie hilfreich und informativ sind. Im Wesentlichen beantworten Sie den zweiten Teil meiner Frage mit "Nein", da das breitere Spektrum immer Wellenlängen enthalten würde, die kürzer als die Pulsdauer sind. Verstanden. Meine Hauptfrage ist jedoch die Dauer eines einzelnen Photons. Das Unsicherheitsprinzip ergibt eine volle Schwingung für virtuelle Photonen (dies hat eine tiefe physikalische Bedeutung, obwohl es hier nichts damit zu tun hat). Wollen Sie sagen, dass die Dauer eines echten Photons durch die Breite der Spektrallinie (Bandbreite) durch die Unschärferelation definiert ist?
Photonen sind einfach Anregungen einer zugrunde liegenden klassischen Mode. Dieser Modus kann monochromatisch sein, muss es aber nicht, und es sei denn, der Modus dauert unendlich lange (oder länger als Ihr Experiment, in diesem Fall ist diese Idealisierung angemessen), dann ist der Modus genau wie hier beschrieben ein Wellenpaket. Der einzige Unterschied zwischen einem klassischen Puls und einem Einzelphotonenzustand ist die Zählstatistik, wie sie zB durch die Hong-Ou-Mandel-Interferenz hervorgebracht wird. Das Gleiche gilt für eine Folge von Einzelphotonenimpulsen, falls Sie das mit „jeweils ein Photon“ gemeint haben.
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