El antibunching de fotones generalmente se refiere a un campo de luz con fotones espaciados más equitativamente que un campo láser coherente, [1] una firma son señales en detectores apropiados que están anticorrelacionados . [2] [ aclaración necesaria ] Más específicamente, puede referirse a estadísticas de fotones subpoissonianos , es decir, una distribución del número de fotones para la cual la varianza es menor que la media. Un estado coherente, como la salida de un láser muy por encima del umbral, tiene estadísticas de Poisson que producen un espaciado de fotones aleatorio; mientras que un campo de luz térmica tiene estadísticas superpoissonianas y produce un espaciado de fotones agrupados. En la termalcaso (agrupado) , el número de fluctuaciones es mayor que un estado coherente; para una fuente antibibuna son más pequeñas. [3]
Explicación
La varianza de la distribución del número de fotones es
Usando relaciones de conmutación, esto se puede escribir como
Esto se puede escribir como
La función de correlación de intensidad de segundo orden (para el tiempo de retardo cero) se define como
Esta cantidad es básicamente la probabilidad de detectar dos fotones simultáneos, normalizada por la probabilidad de detectar dos fotones a la vez para una fuente de fotones aleatoria. Aquí y después asumimos estadísticas de conteo estacionarias.
Entonces nosotros tenemos
Luego vemos que las estadísticas de fotones sub-Poisson, una definición de antibunching de fotones, viene dada por . Podemos expresar de manera equivalente antibunching pordonde el parámetro Q de Mandel se define como
Si el campo tuviera un proceso estocástico clásico subyacente, digamos una distribución de probabilidad definida positiva para el número de fotones, la varianza tendría que ser mayor o igual a la media. Esto puede demostrarse mediante una aplicación de la desigualdad de Cauchy-Schwarz a la definición de. Los campos subpoissonianos violan esto y, por lo tanto, no son clásicos en el sentido de que no puede haber una distribución de probabilidad definida positiva subyacente para el número (o la intensidad) de fotones.
El antibunching de fotones según esta definición fue observado por primera vez por Kimble , Mandel y Dagenais en fluorescencia de resonancia . Un átomo impulsado no puede emitir dos fotones a la vez, por lo que en este caso. Walther et al. Realizaron un experimento con más precisión que no requirió restar una tasa de recuento de fondo para un solo átomo en una trampa de iones.
Una definición más general de antibunching de fotones se refiere a la pendiente de la función de correlación desde el retardo de tiempo cero. También se puede demostrar mediante una aplicación de la desigualdad de Cauchy-Schwarz a la función de correlación de intensidad dependiente del tiempo
Se puede demostrar que para que exista una distribución de probabilidad definida positiva clásica (es decir, que el campo sea clásico) . [4] Por lo tanto, un aumento en la función de correlación de intensidad de segundo orden en los primeros tiempos tampoco es clásico. Este aumento inicial es el antibunching de fotones.
Otra forma de ver esta función de correlación dependiente del tiempo, inspirada en la teoría de la trayectoria cuántica es
dónde
con es el estado condicionado a la detección previa de un fotón en el momento .
Experimentos
Se ha observado Antibunching espacial en pares de fotones producidos por conversión descendente paramétrica espontánea . [5] [6]
Ver también
Fuentes
- Artículo basado en texto de Qwiki , reproducido bajo la licencia de documentación libre GNU : consulte Photon Antibunching
Referencias
- ^ Anti-agrupamiento y enredo - https://web.archive.org/web/20110615173635/http://www.ucd.ie/speclab/UCDSOPAMS/peoplehtml/quantumoptics2006/lecture5.pdf
- ^ Chandra, N. y Prakash, H. (1970). Anticorrelación en rayo láser atenuado de dos fotones. Revisión física A, 1 (6), 1696.
- ^ Paul, H (1982). "Antibunchado de fotones". Reseñas de Física Moderna . 54 (4): 1061-1102. Código Bibliográfico : 1982RvMP ... 54.1061P . doi : 10.1103 / RevModPhys.54.1061 .
- ^ Zou, XT; Mandel, L. (1990). "Estadísticas de fotones antibunching y subpoissonianos de fotones". Phys. Rev. A . 41 (1): 475–476. Código Bibliográfico : 1990PhRvA..41..475Z . doi : 10.1103 / PhysRevA.41.475 . PMID 9902890 .
- ^ Nogueira, WAT; Walborn, SP; P \ 'adua, S .; Monken, CH (30 de abril de 2001). "Observación experimental de antibunching espacial de fotones". Phys. Rev. Lett . 86 : 4009. arXiv : quant-ph / 0206039 . doi : 10.1103 / PhysRevLett.86.4009 .
- ^ Nogueira, WAT; Walborn, SP; P \ 'adua, S .; Monken, CH (30 de enero de 2004). "Generación de un rayo singlete de dos fotones". Phys. Rev. Lett . 92 : 043602. arXiv : quant-ph / 0503117 . doi : 10.1103 / PhysRevLett.92.043602 .
enlaces externos
- Antibunchado de fotones (Becker & Hickl GmbH, página web)