क्वांटम ऑप्टिक्स: लाइट के फोटोज मैटर से कैसे इंटरैक्ट करते हैं

क्वांटम प्रकाशिकी का एक क्षेत्र है क्वांटम भौतिकी की बातचीत के साथ विशेष रूप से संबंधित है फोटॉनों पदार्थ के साथ। व्यक्तिगत फोटोन्स का अध्ययन समग्र रूप से विद्युत चुम्बकीय तरंगों के व्यवहार को समझने के लिए महत्वपूर्ण है।

वास्तव में इसका क्या अर्थ है, यह स्पष्ट करने के लिए, "क्वांटम" शब्द किसी भी भौतिक इकाई की सबसे छोटी राशि को संदर्भित करता है जो किसी अन्य इकाई के साथ बातचीत कर सकता है। इसलिए, क्वांटम भौतिकी सबसे छोटे कणों से संबंधित है; ये अविश्वसनीय रूप से छोटे उप-परमाणु कण हैं जो अद्वितीय तरीकों से व्यवहार करते हैं।

शब्द "प्रकाशिकी", भौतिकी में, प्रकाश के अध्ययन को संदर्भित करता है। फोटॉन प्रकाश के सबसे छोटे कण होते हैं (हालांकि यह जानना महत्वपूर्ण है कि फोटॉन कणों और तरंगों दोनों के रूप में व्यवहार कर सकते हैं)।

असतत बंडलों (यानी फोटॉनों) में प्रकाश को ले जाने वाला सिद्धांत मैक्स प्लैंक के 1900 के पराबैंगनी तबाही के कागज में प्रस्तुत किया गया था श्याम पिंडों से उत्पन्न विकिरण. 1905 में, आइंस्टीन ने अपने स्पष्टीकरण में इन सिद्धांतों पर विस्तार किया प्रकाश विद्युत प्रभाव प्रकाश के फोटॉन सिद्धांत को परिभाषित करने के लिए।

क्वांटम भौतिकी का विकास बीसवीं सदी के पूर्वार्ध में बड़े पैमाने पर हुआ था, जो फोटॉन और पदार्थ के परस्पर क्रिया और अंतर-संबंध की हमारी समझ पर काम करते थे। हालाँकि, यह देखा गया था कि इस मामले के अध्ययन में शामिल प्रकाश से अधिक शामिल थे।

1953 में, मेसर विकसित किया गया था (जो सुसंगत माइक्रोवेव का उत्सर्जन करता था) और 1960 में लेज़र (जो सुसंगत प्रकाश उत्सर्जित करता है)। चूंकि इन उपकरणों में शामिल प्रकाश की संपत्ति अधिक महत्वपूर्ण हो गई थी, क्वांटम प्रकाशिकी का उपयोग अध्ययन के इस विशेष क्षेत्र के लिए शब्द के रूप में किया जाने लगा।

क्वांटम प्रकाशिकी (और क्वांटम भौतिकी एक पूरे के रूप में) विद्युत चुम्बकीय विकिरण को एक ही समय में एक लहर और एक कण दोनों के रूप में यात्रा के रूप में देखती है। इस घटना को कहा जाता है तरंग-कण द्वैत.

यह कैसे काम करता है इसका सबसे आम स्पष्टीकरण यह है कि फोटोन कणों की एक धारा में चलते हैं, लेकिन उन कणों का समग्र व्यवहार एक द्वारा निर्धारित होता है क्वांटम तरंग समारोह जो किसी निश्चित समय में किसी निश्चित स्थान पर कणों के होने की संभावना को निर्धारित करता है।

क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स (क्यूईडी) से निष्कर्ष निकालना, फील्ड ऑपरेटरों द्वारा वर्णित फोटॉनों के निर्माण और विनाश के रूप में क्वांटम प्रकाशिकी की व्याख्या करना भी संभव है। यह दृष्टिकोण कुछ सांख्यिकीय दृष्टिकोणों के उपयोग की अनुमति देता है जो प्रकाश के व्यवहार का विश्लेषण करने में उपयोगी होते हैं, हालांकि यह है कि क्या यह दर्शाता है कि शारीरिक रूप से जो कुछ हो रहा है वह कुछ बहस का विषय है (हालाँकि अधिकांश लोग इसे सिर्फ एक उपयोगी गणितीय के रूप में देखते हैं नमूना)।

लेजर (और मैसर्स) क्वांटम ऑप्टिक्स का सबसे स्पष्ट अनुप्रयोग है। इन उपकरणों से निकलने वाला प्रकाश एक सुसंगत अवस्था में होता है, जिसका अर्थ है कि प्रकाश एक शास्त्रीय साइनसोइडल तरंग जैसा दिखता है। इस सुसंगत स्थिति में, क्वांटम मैकेनिकल वेव फ़ंक्शन (और इस प्रकार क्वांटम मैकेनिकल अनिश्चितता) समान रूप से वितरित किया जाता है। इसलिए, लेज़र से उत्सर्जित प्रकाश, अत्यधिक आदेश दिया जाता है, और आम तौर पर अनिवार्य रूप से एक ही ऊर्जा की स्थिति (और इस तरह एक ही आवृत्ति और तरंग दैर्ध्य) तक सीमित होता है।