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Annalen der Physik

Quantenmechanische Kohärenz bei Mehrphotonen‐Prozessen

W. Brunner, Henryk Paul, G. Richter

Published Jan 1, 1965• 2 citations
Publisher

Abstract

Abstract Die Frage der Kohärenz von Strahlungsfeldern, die bei Einstrahlung quantenmechanisch maximal kohärenter Strahlen auf ein einzelnes atomares System durch die Mehrphotonen‐prozesse der induzierten Mehrfach‐Emission, der induzierten Raman‐Streuung, der Erzeugung von Harmonischen sowie von Summen‐ und Differenzfrequenzen entstehen, wird in störungstheoretischer Näherung untersucht. Für die nach der Wechselwirkung vorhandene Strahlung ergibt sich allgemein, daß sie bei größeren Lichtquantenzahlen der primären Welle in guter Näherung wieder quantenmechanisch maximal kohärent ist, wenn sich der Zustand des atomaren Systems bei der Wechselwirkung nicht ändert. Im anderen Falle ist die Strahlung, falls keine Induzierung vorliegt, vollständig inkohärent, während sie bei Induzierung um so besser kohärent bleibt, je größer die Intensität der induzierenden Strahlung ist.

DOI
10.1002/andp.19654710706

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Absorption und Streuung quantenmechanisch kohärenter Strahlen. I Wechselwirkung mit einem Atom

W. Brunner, Henryk Paul, G. Richter

Abstract Es wird die Änderung des Kohärenzgrades eines — in einer einzigen Eigenschwingung angeregten — im Sinne der Quantenelektrodynamik maximal kohärenten Zustandes des Strahlungsfeldes bei Absorption (durch ein einziges Atom) untersucht. Die Rechnung wird einmal in störungstheoretischer Näherung für kurze Zeiten und zum anderen unter Weglassung der den Energiesatz verletzenden Matrixelemente des Störoperators für beliebige Zeiten durchgeführt. Für kleine Zeiten bleibt die Kohärenz bei Absorption erhalten, für größere Zeiten tritt eine sehr geringe Kohärenzverminderung ein. Auch für den Fall, daß eine sehr große Zahl von Absorptionen nacheinander stattfindet, ist keine wesentliche Kohärenzverschlechterung zu erwarten. Für die elastische Streuung wird in störungstheoretischer Näherung gezeigt, daß die einfallende (quantenmechanisch) kohärente Welle durch die Streuung keinen Verlust an Kohärenz erleidet und daß sämtliche Streuwellen ebenfalls kohärent sind. Außerdem ergibt die Rechnung, daß die aus einer (quantenmechanisch) kohärenten Primärstrahlung entstehenden Streustrahlen im quantenmechanischen Sinne voneinander unabhängig sind.

Annalen der Physik•Jan 1, 1964•16 citations

Atome im nichtklassischen Licht

HERBERT WALTHER

Abstract Fragen der Photonenstatik von Lichtquellen sind in der Quantenoptik in den letzten Jahren sehr intensiv untersucht worden. Von besonderem Interesse ist dabei die Erzeugung der sogenannten nichtklassischen Strahlung. Diese ist nur bei einer quantenmechanischen Behandlung des Strahlungsfeldes erlaubt und kann nicht durch ein klassisches elektromagnetisches Feld dargestellt werden. Im Photonenbild entspricht der nichtklassischen Strahlung eine gleichmäßige Folge von Photonen. Ein solcher Lichtstrahl ist für die optische Kommunikation von sehr großem Interesse, da ein Optimum an Information übertragen werden kann; außerdem sind die Intensitätsschwankungen minimal. Aus diesem Grunde ist die Untersuchung der Bedingungen, die zur Erzeugung des nichtklassischen Lichtes führen, von großer Bedeutung. Es zeigt sich, daß die Herstellung der Strahlung in einem Maser/Laser dann möglich ist, wenn die Verluste außerordentlich klein gehalten werden; außerdem müssen die Energieaustauschprozesse zwischen Strahlungsfeld und Atomen sehr genau kontrolliert werden, so daß hierbei keine zusätzlichen Photonen verloren gehen. Diese Prozesse sind von grundsätzlichem Interesse, da sie eine Messung von Strahlungsfeldern erlauben, ohne daß dabei Photonen vernichtet werden, wie es normalerweise der Fall ist.

Physikalische Blätter•Jan 1, 1991•3 citations

Absorption und Streuung quantenmechanisch kohärenter Strahlen. II. Wechselwirkung mit N Atomen

W. Brunner, Henryk Paul, G. Richter

Abstract Im Rahmen des Modells von Gordon, Walker und Louisell werden die Absorption und die Streuung eines Lichtstrahls an sehr vielen idealisierten Atomen im Hinblick darauf untersucht, ob bei diesen Prozessen eine Änderung der Kohärenzeigenschaften des Strahlungsfeldes eintritt. Im Falle der Streuung wird dabei angenommen, daß die Atome, welche in ihrer Gesamtheit eine Spiegelfläche darstellen sollen, statistisch regellos in einer Ebene angeordnet sind. Die Rechnung zeigt, daß die — das Kohärenzverhalten bestimmende — „relative reduzierte Streuung”︁ der elektrischen Feldstärke des Strahlungsfeldes bei Absorption und Reflexion praktisch unverändert bleibt; im besonderen erweist sich damit die klassische Elektrodynamik bezüglich der Kohärenzaussagen auch im mikroskopischen Bereich noch als gültig.

Annalen der Physik•Jan 1, 1965•29 citations

Die Kohärenz der induzierten Strahlung

Harry Paul

Abstract Da die Energie U und die elektrische Feldstärke (𝔈 eines (quantisierten) elektromagnetischen Feldes nicht gleichzeitig scharf sein können, ist unter einem kohärenten Zustand des Feldes ein solcher zu verstehen, bei dem sowohl U als auch 𝔈 möglichst wenig streuen. Unter der Annahme, daß nur eine Eigenschwingung des Feldes angeregt ist, werden die Unschärfen (der Querstrich bedeutet Mittelung über die Zeit t) vor und nach der induzierten Emission eines Photons berechnet, und zwar für den Fall eines kohärenten und eines (vollständig) inkohärenten induzierenden Feldes. In beiden Fällen vergrößert die induzierte Emission σ um den Betrag δσ = σ/2 N (N mittlere Zahl der vorhandenen Photonen). δσ ist viel kleiner für ein kohärentes als für ein inkohärentes Feld, weil dasselbe für σ selbst gilt. In diesem Sinn kann die induzierte Strahlung als kohärent zur induzierenden (kohärenten) Strahlung bezeichnet werden.

Annalen der Physik•Jan 1, 1963•13 citations

Wechselwirkung von Elektromagnetischer Strahlung mit Atomaren Systemen

Fritz Kurt Kneubühl, Markus W. Sigrist

ZusammenfassungVon grosser Bedeutung für das Funktionieren eines Lasers ist die Wechselwirkung zwischen der elektromagnetischen Strahlung und atomaren Systemen. In diesem Kapitel beschreiben wir die Prozesse der Absorption und Emission von Photonen durch ein atomares System. Für Zweiniveaux-Systeme werden dazu die Bilanzgleichungen abgeleitet, mit denen entschieden werden kann, ob und wann Verstärkung der einfallenden Strahlung auftritt. Es wird anschliessend untersucht, ob Systeme im thermodynamischen Gleichgewicht überhaupt für den Laserprozess benützt werden können.

Vieweg+Teubner eBooks•Jan 1, 1989•0 citations

Wechselwirkung von Elektromagnetischer Strahlung mit Atomaren Systemen

Fritz Kurt Kneubühl, Markus W. Sigrist

ZusammenfassungVon grosser Bedeutung für das Funktionieren eines Lasers ist die Wechselwirkung zwischen der elektromagnetischen Strahlung und atomaren Systemen. In diesem Kapitel beschreiben wir die Prozesse der Absorption und Emission von Photonen durch ein atomares System. Für Zweiniveaux-Systeme werden dazu die Bilanzgleichungen abgeleitet, mit denen entschieden werden kann, ob und wann Verstärkung der einfallenden Strahlung auftritt. Es wird anschliessend untersucht, ob Systeme im thermodynamischen Gleichgewicht überhaupt für den Laserprozess benützt werden können.

Vieweg+Teubner eBooks•Jan 1, 1989•0 citations
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Abstract Da die Energie U und die elektrische Feldstärke (𝔈 eines (quantisierten) elektromagnetischen Feldes nicht gleichzeitig scharf sein können, ist unter einem kohärenten Zustand des Feldes ein solcher zu verstehen, bei dem sowohl U als auch 𝔈 möglichst wenig streuen. Unter der Annahme, daß nur eine Eigenschwingung des Feldes angeregt ist, werden die Unschärfen (der Querstrich bedeutet Mittelung über die Zeit t) vor und nach der induzierten Emission eines Photons berechnet, und zwar für den Fall eines kohärenten und eines (vollständig) inkohärenten induzierenden Feldes. In beiden Fällen vergrößert die induzierte Emission σ um den Betrag δσ = σ/2 N (N mittlere Zahl der vorhandenen Photonen). δσ ist viel kleiner für ein kohärentes als für ein inkohärentes Feld, weil dasselbe für σ selbst gilt. In diesem Sinn kann die induzierte Strahlung als kohärent zur induzierenden (kohärenten) Strahlung bezeichnet werden.
ZusammenfassungVon grosser Bedeutung für das Funktionieren eines Lasers ist die Wechselwirkung zwischen der elektromagnetischen Strahlung und atomaren Systemen. In diesem Kapitel beschreiben wir die Prozesse der Absorption und Emission von Photonen durch ein atomares System. Für Zweiniveaux-Systeme werden dazu die Bilanzgleichungen abgeleitet, mit denen entschieden werden kann, ob und wann Verstärkung der einfallenden Strahlung auftritt. Es wird anschliessend untersucht, ob Systeme im thermodynamischen Gleichgewicht überhaupt für den Laserprozess benützt werden können.
ZusammenfassungVon grosser Bedeutung für das Funktionieren eines Lasers ist die Wechselwirkung zwischen der elektromagnetischen Strahlung und atomaren Systemen. In diesem Kapitel beschreiben wir die Prozesse der Absorption und Emission von Photonen durch ein atomares System. Für Zweiniveaux-Systeme werden dazu die Bilanzgleichungen abgeleitet, mit denen entschieden werden kann, ob und wann Verstärkung der einfallenden Strahlung auftritt. Es wird anschliessend untersucht, ob Systeme im thermodynamischen Gleichgewicht überhaupt für den Laserprozess benützt werden können.