這里討論的是光子在當(dāng)今技術(shù)中的應(yīng)用,而不是泛指可在傳統(tǒng)光學(xué)下應(yīng)用的光學(xué)儀器(如透鏡)。激光是二十世紀(jì)光學(xué)最重要的技術(shù)之一,其原理是上文討論的受激輻射。 對單個(gè)光子的探測可用多種方法,傳統(tǒng)的光電倍增管利用光電效應(yīng):當(dāng)有光子到達(dá)金屬板激發(fā)出電子時(shí),所形成的光電流將被放大引起雪崩放電。電荷耦合元件(CCD)應(yīng)用半導(dǎo)體中類似的效應(yīng),入射的光子在一個(gè)微型電容器上激發(fā)出電子從而可被探測到。其他探測器,如蓋革計(jì)數(shù)器利用光子能夠電離氣體分子的性質(zhì),從而在導(dǎo)體中形成可檢測的電流。 普朗克的能量公式E=h\nu經(jīng)常在工程和化學(xué)中被用來計(jì)算存在光子吸收時(shí)的能量變化,以及能級躍遷時(shí)發(fā)射光的頻率。例如在熒光燈的發(fā)射光譜的設(shè)計(jì)中會用不同能級的電子去碰撞氣體分子,直到有合適的能級能夠激發(fā)出熒光。 在某些情形下,單獨(dú)一個(gè)光子無能力激發(fā)一個(gè)能級的躍遷,而需要有兩個(gè)光子同時(shí)激發(fā)。這就提供了更高分辨率的顯微技術(shù),因?yàn)闃悠分挥性趦墒煌伾墓馑丈涞母叨戎丿B的部分之內(nèi)才會吸收能量,而這部分的體積要比單獨(dú)一束光照射到并引起激發(fā)的部分小很多,這種技術(shù)被應(yīng)用于雙光子激發(fā)顯微鏡中。而且,應(yīng)用弱光照射能夠減小光照對樣品的影響。 有時(shí)候兩個(gè)系統(tǒng)的能級躍遷會發(fā)生耦合,即一個(gè)系統(tǒng)吸收光子,而另一個(gè)系統(tǒng)從中“竊取”了這部分能量并釋放出不同頻率的光子。這是熒光共振能量傳遞的基礎(chǔ),被應(yīng)用于測量分子間距中。 量子光學(xué)是物理光學(xué)中相對于波動光學(xué)的另一個(gè)分支。光子可能是超快的量子計(jì)算機(jī)的基本運(yùn)算元素,而在這方面重點(diǎn)研究的對象是量子糾纏態(tài)。非線性光學(xué)是當(dāng)前光學(xué)另一個(gè)活躍的領(lǐng)域,它研究的課題包括光纖中的非線性散射效應(yīng)、四波混頻、雙光子吸收、自相位調(diào)制、光學(xué)參量振蕩等。不過這些課題中并不都要求假設(shè)光子的存在,在建模過程中原子經(jīng)常被處理為一個(gè)非線性振子。非線性效應(yīng)中的自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換經(jīng)常被用來產(chǎn)生單光子態(tài)。最后,光子是光通信領(lǐng)域某些方面的關(guān)鍵因素,特別是在量子密碼學(xué)中。 宇宙中有六百兆顆星球,幾千個(gè)銀河系。銀河中除了星團(tuán)、黑洞之外,還存在一種非常奇特的物質(zhì),這種物質(zhì)叫做光子帶,它們大約在1961年時(shí)被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。光子帶的形狀猶如人們?nèi)粘K缘奶鹛鹑?,其中心和太陽軌道重疊,半徑和太陽公轉(zhuǎn)半徑相同,但其平面卻和太陽公轉(zhuǎn)平面垂直,也就是說太陽系每公轉(zhuǎn)半圈就會遇到一次光子帶,要通過整個(gè)光子帶需要兩千年的時(shí)間。上次太陽系離開光子帶是十萬年前,如今已過了十萬年,也就是說我們又要進(jìn)入光子帶。 |
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