03.03 請問人類如何做到發射一個光子?又是如何檢測它是一個光子?

大海的呼喚1478


無論是單光子發射和接收都不是一個難題

單光子發射

在2007年甚至更早的時候,我國就已經可以實現單光子發射技術,其中具有代表性的科研隊伍有中科院半導體所等。

圖 單光子示意:赫曾德爾干涉儀中的光子在單光子探測器上表現出波狀干涉和粒子狀探測。

在2017年,更有國際大牛對單光子發射技術進行進一步的闡述,代表性的有發表在雜誌《科學》(science)上的文章:

膠體鹵化鉛鈣鈦礦量子點的相干單光子發射:DOI: 10.1126/science.aau7392

圖 405nm, 445nm, 520nm, 532nm, 635nm, 660nm波長激光:光子可以想象為從激光的相干光束中射出

該文章以鹵化鉛鈣鈦礦為材料製備單光子發射器,並得出以下結論:

鹵化鉛鈣鈦礦具有高的缺陷容忍度和光學亮度最低的激子態,是一種極具前途的半導體,並可用於大規模生產具有高相干發射的單光子發射體,這種單光子發射體可以加工到幾乎任何材質的基片上,並且可以與納米光子學相關組件進行集成化處理。這些單光子發射器的合理優化將進一步的依賴膠體化學工具和鹵化鉛鈣鈦礦結構的通用性基礎上。


圖 膠體鹵化鉛鈣鈦礦量子點單光子發射性能分析

單光子接收

單光子接收器是我更加熟知的傳感器之一,曾經在進行特定場合激光測距儀的設計和加工項目時,便用到這一類單光子接收傳感器。

單光子在技術上有許多應用,單光子也可以用多種方法探測到,例如:

  • 經典的光電倍增管利用了光電效應,即一個具有足夠能量的光子撞擊金屬板並撞擊一個自由電子,引發了一場不斷放大的電子雪崩效應。半導體電荷耦合器件芯片便使用了類似的效果,入射光子在一個可以被檢測到的微型電容器上產生電荷。
  • 蓋革計數器等其他探測器利用光子電離裝置中所含氣體分子的能力,導致可檢測到的氣體電導率變化。普朗克能量公式在設計中經常被工程師和化學家使用,即計算光子吸收引起的能量變化,又能確定給定光子發射出光的頻率。

目前來說,單光子接收設備相對成熟,並且已經可以進行大規模的商業化製造,一個著名的生產廠商就是日本濱松公司。

  • 濱松MPPC模塊

濱松的MPPC模塊由多個雪崩二極管組成,其之所以能夠探測單個光子,是利用上述提到的雪崩二極管的蓋革效應

利用這一蓋革效應模式下的MPPC,具備幾大優勢:

  • 低串擾與低後脈衝
  • 低暗計數和更寬的工作電壓範圍

數據來源:http://www.hamamatsu.com.cn/UserFiles/DownFile/Related/MPPC%E5%8F%8A%E6%A8%A1%E5%9D%97%E7%BB%BC%E5%90%88%E6%A0%B7%E6%9C%AC%EF%BC%88%E4%B8%AD%E6%96%87%EF%BC%89.pdf

結論

現今的技術已經可以輕鬆的實現單光子發射與接收,並且已有成熟的商業化產品問世,如需瞭解該領域相關知識,請繼續提問,謝謝關注。


工學腦洞


世界科學界沒有公認的單光子質量,世界科學界沒有公認單光子的能量值,單光子擺在眼前也無法確定。單光子質量極其微小,用一個電子才能在客觀上發射它,何況是用宏觀物質發射,宏觀發射儀只能發射一束光子。單光子的能量極少,在無法發射的前題下,何來單光子運行,大談單光子波動性,從波動方面分離,認為單光子波動範圍達到了一個原子的直徑就是奇蹟了。單光子與原子核碰闖可發射,一束光子與原子碰闖可發射,宏觀儀器只能發射一束光子。單光子波動範圍不大於原子半徑,衝出原子核就為脫離速度,脫離速度是光速,其光束運行距離與光束數量成正比,與波動距離成反比。世界科技還分離不了一個光子,依據的給能方式不是給一個光子給能,是給原子內部空間整體給能。依據一個原子內部存在大量的光子,能分離出數量眾多的光子,眾多光子只能是同時運動起來。給能後只允許一個光子運動起來,好象接收了一個光子的光波不符合實際,屬於無法辦到的分離技術。單光子雙縫干涉實驗,單光子延遲實驗屬於不現實的技術,他們認為的單光子是取的波段,至於客觀上是不是單光子就無法給以證明,吹就吹成單光子了。

光束運行存在軌跡,是受阻的結果,既光子在行動的全過程中總是屬於有阻運行,光束在運行的過程中光子的數量在減少,與阻力值成正比,密度由數量決定,密度也與光束變胖的橫切面成反比。不談如何給單光子能量,只談晶體反射單光子而運行,想象單光子在實驗中能永遠運動下去了,這不是科學,連光子存在的常識也丟棄了。站在想象的單光子技術上,單光子能在無窮遙遠距離上還相互改變對方的存在態,能縱橫整個宇宙,再也沒有什麼力比想象的威力巨大了。

光子脫離原子的速度是光速,衛星脫離行星的速度才幾公里,得物質運動時的脫離速度與距離成反比。給激光增加能量,客觀上是給光束空間整體給能,不是隻給光束的某個光子給能,光束夾雜著系列物質,給能的結果只增加光子數量,不增加速度值。認為光子超光速四個數量級,至少在光速的一萬倍以上是不科學的,是宣傳吹噓,是想象的速度。單光子現代儀器分離不出來,也無法去發射,連單光子質量是多少,單光子能量是多少都不知道,無科學依據地就去認為是單光子了,只屬於想象的認識。他們認為一段光波就是單光子不科學,而波長是與光束的光子數量成反比,是與光束動能成反比的。處於低溫狀態的光子脫離速度還是光速,不同的是阻力增大了,耗能增加了,光子運行時在相同的時間內速度變慢快,消失還是在相同的時間內完成,由單光子壽命值決定。依據對單光子的給能方式,不是給一個光子增加能量,得單光子分離技術不存在,現代技術只能分離出一束光子,納米材料只做到取最短的光波段,依此,也就無單光子晶體反射技術了,客觀上單光子技術不存在。



蘭天1969飛碟製造專家


澄清一下概念吧

光子,不過是微觀世界常駐粒子在其脫離原生態體系臨界狀態過程中產生出來新物質的一種現象,這些新物質自身並不發光,換言之,並不存在一個常駐性的光子。

其二,光子之所以會有“光感”,那不過是粒子高速脫離原生態體系臨界狀態過程中,由於與其他粒子之間相互作用,而產生出來光的現象,這些光現象圍繞在新粒子周圍所產生出來的光感而已,換言之,並沒有一個真正的發光的光子,

其三,光子,是一個常駐或常態粒子高速運動過程中產生出來的伴隨性粒子或伴隨物,高速運動結束,光子也就結束壽命了,由此,怎麼可能會有一個真正的光子被用來發射呢?

這就如同火車高速運動過程中產生出來的蒸汽一樣,火車高速運動完成,水蒸氣也就煙消雲散了,你到哪裡去找到水蒸氣呀?這是常識。

換言之,沒有火車的高速運動,就沒有水蒸氣。就如同:沒有你的運動就沒有你的影子出現一樣,你的影子能夠作為一個穩定的實物存在嗎?這是常識。

常識,常識,常識,希望作者在思考問題,提出設問的時候,立足於常識,否則,你的腦洞無論怎麼大開,那也都是痴心妄想,

祝:。踏實,進步,快樂。


北京得明


很簡單,用光束快速掃過距離達100米的針孔,就可能沒有光通過針孔,或只有一個光電磁波通過針孔。一般人都可以實現。要檢驗光波可以用光電倍增管。據說光電倍增管可以檢測得只有一個光波。也可以用感光底片,感光底片中溴化銀或氯化銀晶體,一個晶體接收到一個光波即可還原成一個銀原子,顯影劑會把只有一個銀原子作為催化劑放大千萬倍,成為肉眼能看得到的像素。經改進可以發現一個一個不連續的光波。


cx1944


到底什麼是光子都不知道(愛因斯坦50年代說的,現在依然,這是科共體公認的),誰能實現單個光子的發射和檢測,真是神啊?潘騙子也承認他們發射的是光束(他們嘲笑日本的是億萬個,他們的則低得多)來衰減,儘可能光子數小一些。


用戶24162306282


宇宙宏觀上是無限的,微觀上也是無限的,單光子不是最小單位,單光子是量宏觀的量,多看看飛秒化學,還有很多理論粒子沒被發現,如引力子單膠子等,宏觀世界人有兩種,男人和女人,微觀世界人是無限的老人小孩年青人每個個體都有差分,微觀物理還是須要,愛因斯坦一樣的理論學家。單拷撞擊出基本粒子太慢也完成不了。


爰打個魚


發射單光子要有單原子,在單原子中還要使核外單電子,單電子才能發射單光子。目前的技術很難作到,只有降低物體溫度,使發射的光子稀蔬。


光量子宇宙


不懂,瞎猜,可以假設一個環境!通過曲面反射/折射,加通道隔離,加透鏡散射,......然後重複N 次最後總能得到一個不可分離的光子!檢測技術完全外行....就不瞎掰了!哈


nicefox


能不能對光子進行標記或“染色”?


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