الكشف الضوئي

في ورقته البحثية التاريخية بعنوان "النظرية الكمومية للتماسك البصري"، ^{[ 1 ]} وضع روي ج. غلاوبر أساسًا متينًا لمجال الإلكترونيات الكمومية / البصريات الكمومية . وقد جعل التطور التجريبي للميزر الضوئي ، ولاحقًا الليزر، في ذلك الوقت، المفهوم الكلاسيكي للتماسك البصري غير كافٍ. انطلق غلاوبر من النظرية الكمومية للكشف عن الضوء، دارسًا عملية التأين الضوئي التي يتم فيها تنشيط كاشف ضوئي بامتصاص فوتون مؤين. في النظرية الكمومية للإشعاع، يمكن كتابة مؤثر المجال الكهربائي في مقياس كولوم كمجموع جزئي التردد الموجب والسالب.

${\displaystyle E(\mathbf {r} ,t)=E^{(+)}(\mathbf {r} ,t)+E^{(-)}(\mathbf {r} ,t)}$

أين

${\displaystyle E^{(-)}(\mathbf {r} ,t)=E^{(+)}(\mathbf {r} ,t)^{\dagger }}$

قد يتوسع المرء${\displaystyle E^{(+)}(\mathbf {r} ,t)}$من حيث الأنماط الطبيعية كما يلي:

$// \mathbf {r} -\omega _{j}t)}}$

أين${\displaystyle \mathbf {\varepsilon } _{j}}$هي متجهات الوحدة للاستقطاب؛ هذا التوسع له نفس شكل التوسع الكلاسيكي باستثناء أن سعات المجال الآن${\displaystyle {\hat {a}}_{j}}$هم مشغلون.

أظهر غلاوبر أنه بالنسبة لكاشف ضوئي مثالي يقع عند نقطة${\displaystyle \mathbf {r} }$في مجال الإشعاع، احتمال رصد حدث تأين ضوئي في هذا الكاشف بين وقت${\displaystyle {t}}$و${\displaystyle {\it {t}}+d{\it {t}}}$يتناسب مع${\displaystyle W_{I}(\mathbf {r} ,t)d{\it {t}}}$، أين

${\displaystyle {W_{I}(\mathbf {r} ,t)}=\langle \psi \mid {E^{(-)}(\mathbf {r} ,t)}\cdot {E^{(+)}(\mathbf {r} ,t)}\mid \psi \rangle }$

و${\displaystyle |\psi \rangle }$يحدد حالة المجال. وبما أن مجال الإشعاع هو مجال كمي، فإننا لا نعرف الخصائص الدقيقة للضوء الساقط، ويجب حساب متوسط ​​الاحتمالية، كما هو الحال في النظرية الكلاسيكية، لتكون متناسبة مع

${\displaystyle \langle {\hat {a}} _ {j}^ {\dagger }{\hat {a}} _ {j}\rangle }$

حيث تشير الأقواس الزاوية إلى المتوسط ​​على مجال الضوء. تكمن أهمية نظرية الكم للترابط في ترتيب عوامل الإنشاء والتدمير .${\displaystyle {\hat {a}}_{j}^{\dagger }}$و${\displaystyle {\hat {a}}_{j}}$:

${\displaystyle [{\hat {a}}_{j},{\hat {a}}_{j}^{\dagger }]=1}$

منذ${\displaystyle {\hat {a}}_{j}^{\dagger }{\hat {a}}_{j}}$لا يساوي${\displaystyle {\hat {a}}_{j}{\hat {a}}_{j}^{\dagger }}$بالنسبة لحقل الضوء، فإن الترتيب يجعل القياسات الإحصائية الكمومية (مثل عد الفوتونات ) مختلفة تمامًا عن القياسات الكلاسيكية، أي الخصائص غير الكلاسيكية للضوء، مثل عدم تجميع الفوتونات .

علاوة على ذلك، تُعدّ نظرية غلاوبر للكشف الضوئي ذات أهمية جوهرية بالغة في تفسير ميكانيكا الكم . وتختلف نظرية غلاوبر عن التفسير الاحتمالي لبورن ^{[ 2 ]} في أنها تُعبّر عن معنى القانون الفيزيائي بدلالة حقائق مُقاسة (علاقات)، مع حصر الأحداث في عمليات الكشف، دون افتراض نموذج الجسيمات للمادة. وتؤدي هذه المفاهيم بشكل طبيعي إلى منهج علائقي في فيزياء الكم.