Квантовая и оптическая электроника

1. Энергия Е импульс Р фотона связаны с частотой и волновым вектором к эквивалентной плоской монохроматической волны соотношениями: = hco, Р фот ~ hk. 2. Масса покоя фотона равна нулю. Скорость фотона равна скорости света. Не существует системы отсчета, в которой фотон покоится. 3. Фотон является электрически нейтральной частицей. 4. Спин фотона равен 1 (в единицах h). 5. Ка:исдый фотон может находиться в некотором состоянии поляризации. Например, линейно поляризованное электромагнитное излучение можно рассмат­ ривать состоящим из фотонов, каждый из которых линейно поляризован в том же направлении. Следует подчеркнуть, что представление оптического излучения в виде волн или корпускул (частиц) не исключает одно другое (квантово-волновой дуализм). Это приближенное описание одних и тех же процессов, поскольку в случае опти­ ческого излучения волновые и корпускулярные свойства проявляются в одинако­ вой мере. Для сравнения можно сказать, что в области длинных радиоволн, где энергии квантов очень малы, корпускулярные свойства электромагнитного излу­ чения практически не проявляются, поэтому в радиотехнике используют исклю­ чительно волновые представления. Наоборот, в области гамма излучения, где длина волны менее 10'"^ м, а энергия кванта более 10"^ эВ, в основном проявляют­ ся корпускулярные свойства электромагнитного излучения. Общий для квантовой механики принцип суперпозиции состояний, согласно которому любое состояние можно рассматривать как результат наложения двух или многих состояний, применим и к фотонам. Для фотона эта процедура может быть аналогична разложению волны на компоненты Фурье по плоским монохро­ матическим волнам. Принцип суперпозиции позволяет объяснить такие явления, как интерференция, дифракция, поляризация отдельных фотонов, и тем самым примирить противоречия между корпускулярными и волновыми свойствами све­ та. Каждое из состояний фотона связывается с некоторой волновой функцией (волной де Бройля). В случае фотонов параметры волны де Бройля (частота, вол­ новой вектор и поляризация) совпадают с соответствующими параметрами клас­ сической электромагнитной волны. Таким образом, с точки зрения квантовых представлений оптическое излуче­ ние можно рассматривать как фотонный коллектив, состоящий из N/^ фотонов в ^«•-состояниях, т.е. как газ, состоящий из частиц с энергией hco и импульсом hk .