03.03 请问人类如何做到发射一个光子?又是如何检测它是一个光子?

大海的呼唤1478


无论是单光子发射和接收都不是一个难题

单光子发射

在2007年甚至更早的时候,我国就已经可以实现单光子发射技术,其中具有代表性的科研队伍有中科院半导体所等。

图 单光子示意:赫曾德尔干涉仪中的光子在单光子探测器上表现出波状干涉和粒子状探测。

在2017年,更有国际大牛对单光子发射技术进行进一步的阐述,代表性的有发表在杂志《科学》(science)上的文章:

胶体卤化铅钙钛矿量子点的相干单光子发射:DOI: 10.1126/science.aau7392

图 405nm, 445nm, 520nm, 532nm, 635nm, 660nm波长激光:光子可以想象为从激光的相干光束中射出

该文章以卤化铅钙钛矿为材料制备单光子发射器,并得出以下结论:

卤化铅钙钛矿具有高的缺陷容忍度和光学亮度最低的激子态,是一种极具前途的半导体,并可用于大规模生产具有高相干发射的单光子发射体,这种单光子发射体可以加工到几乎任何材质的基片上,并且可以与纳米光子学相关组件进行集成化处理。这些单光子发射器的合理优化将进一步的依赖胶体化学工具和卤化铅钙钛矿结构的通用性基础上。


图 胶体卤化铅钙钛矿量子点单光子发射性能分析

单光子接收

单光子接收器是我更加熟知的传感器之一,曾经在进行特定场合激光测距仪的设计和加工项目时,便用到这一类单光子接收传感器。

单光子在技术上有许多应用,单光子也可以用多种方法探测到,例如:

  • 经典的光电倍增管利用了光电效应,即一个具有足够能量的光子撞击金属板并撞击一个自由电子,引发了一场不断放大的电子雪崩效应。半导体电荷耦合器件芯片便使用了类似的效果,入射光子在一个可以被检测到的微型电容器上产生电荷。
  • 盖革计数器等其他探测器利用光子电离装置中所含气体分子的能力,导致可检测到的气体电导率变化。普朗克能量公式在设计中经常被工程师和化学家使用,即计算光子吸收引起的能量变化,又能确定给定光子发射出光的频率。

目前来说,单光子接收设备相对成熟,并且已经可以进行大规模的商业化制造,一个著名的生产厂商就是日本滨松公司。

  • 滨松MPPC模块

滨松的MPPC模块由多个雪崩二极管组成,其之所以能够探测单个光子,是利用上述提到的雪崩二极管的盖革效应

利用这一盖革效应模式下的MPPC,具备几大优势:

  • 低串扰与低后脉冲
  • 低暗计数和更宽的工作电压范围

数据来源: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

结论

现今的技术已经可以轻松的实现单光子发射与接收,并且已有成熟的商业化产品问世,如需了解该领域相关知识,请继续提问,谢谢关注。


工学脑洞


世界科学界没有公认的单光子质量,世界科学界没有公认单光子的能量值,单光子摆在眼前也无法确定。单光子质量极其微小,用一个电子才能在客观上发射它,何况是用宏观物质发射,宏观发射仪只能发射一束光子。单光子的能量极少,在无法发射的前题下,何来单光子运行,大谈单光子波动性,从波动方面分离,认为单光子波动范围达到了一个原子的直径就是奇迹了。单光子与原子核碰闯可发射,一束光子与原子碰闯可发射,宏观仪器只能发射一束光子。单光子波动范围不大于原子半径,冲出原子核就为脱离速度,脱离速度是光速,其光束运行距离与光束数量成正比,与波动距离成反比。世界科技还分离不了一个光子,依据的给能方式不是给一个光子给能,是给原子内部空间整体给能。依据一个原子内部存在大量的光子,能分离出数量众多的光子,众多光子只能是同时运动起来。给能后只允许一个光子运动起来,好象接收了一个光子的光波不符合实际,属于无法办到的分离技术。单光子双缝干涉实验,单光子延迟实验属于不现实的技术,他们认为的单光子是取的波段,至于客观上是不是单光子就无法给以证明,吹就吹成单光子了。

光束运行存在轨迹,是受阻的结果,既光子在行动的全过程中总是属于有阻运行,光束在运行的过程中光子的数量在减少,与阻力值成正比,密度由数量决定,密度也与光束变胖的横切面成反比。不谈如何给单光子能量,只谈晶体反射单光子而运行,想象单光子在实验中能永远运动下去了,这不是科学,连光子存在的常识也丢弃了。站在想象的单光子技术上,单光子能在无穷遥远距离上还相互改变对方的存在态,能纵横整个宇宙,再也没有什么力比想象的威力巨大了。

光子脱离原子的速度是光速,卫星脱离行星的速度才几公里,得物质运动时的脱离速度与距离成反比。给激光增加能量,客观上是给光束空间整体给能,不是只给光束的某个光子给能,光束夾杂着系列物质,给能的结果只增加光子数量,不增加速度值。认为光子超光速四个数量级,至少在光速的一万倍以上是不科学的,是宣传吹嘘,是想象的速度。单光子现代仪器分离不出来,也无法去发射,连单光子质量是多少,单光子能量是多少都不知道,无科学依据地就去认为是单光子了,只属于想象的认识。他们认为一段光波就是单光子不科学,而波长是与光束的光子数量成反比,是与光束动能成反比的。处于低温状态的光子脱离速度还是光速,不同的是阻力增大了,耗能增加了,光子运行时在相同的时间内速度变慢快,消失还是在相同的时间内完成,由单光子寿命值决定。依据对单光子的给能方式,不是给一个光子增加能量,得单光子分离技术不存在,现代技术只能分离出一束光子,纳米材料只做到取最短的光波段,依此,也就无单光子晶体反射技术了,客观上单光子技术不存在。



兰天1969飞碟制造专家


澄清一下概念吧

光子,不过是微观世界常驻粒子在其脱离原生态体系临界状态过程中产生出来新物质的一种现象,这些新物质自身并不发光,换言之,并不存在一个常驻性的光子。

其二,光子之所以会有“光感”,那不过是粒子高速脱离原生态体系临界状态过程中,由于与其他粒子之间相互作用,而产生出来光的现象,这些光现象围绕在新粒子周围所产生出来的光感而已,换言之,并没有一个真正的发光的光子,

其三,光子,是一个常驻或常态粒子高速运动过程中产生出来的伴随性粒子或伴随物,高速运动结束,光子也就结束寿命了,由此,怎么可能会有一个真正的光子被用来发射呢?

这就如同火车高速运动过程中产生出来的蒸汽一样,火车高速运动完成,水蒸气也就烟消云散了,你到哪里去找到水蒸气呀?这是常识。

换言之,没有火车的高速运动,就没有水蒸气。就如同:没有你的运动就没有你的影子出现一样,你的影子能够作为一个稳定的实物存在吗?这是常识。

常识,常识,常识,希望作者在思考问题,提出设问的时候,立足于常识,否则,你的脑洞无论怎么大开,那也都是痴心妄想,

祝:。踏实,进步,快乐。


北京得明


很简单,用光束快速扫过距离达100米的针孔,就可能没有光通过针孔,或只有一个光电磁波通过针孔。一般人都可以实现。要检验光波可以用光电倍增管。据说光电倍增管可以检测得只有一个光波。也可以用感光底片,感光底片中溴化银或氯化银晶体,一个晶体接收到一个光波即可还原成一个银原子,显影剂会把只有一个银原子作为催化剂放大千万倍,成为肉眼能看得到的像素。经改进可以发现一个一个不连续的光波。


cx1944


到底什么是光子都不知道(爱因斯坦50年代说的,现在依然,这是科共体公认的),谁能实现单个光子的发射和检测,真是神啊?潘骗子也承认他们发射的是光束(他们嘲笑日本的是亿万个,他们的则低得多)来衰减,尽可能光子数小一些。


用户24162306282


宇宙宏观上是无限的,微观上也是无限的,单光子不是最小单位,单光子是量宏观的量,多看看飞秒化学,还有很多理论粒子没被发现,如引力子单胶子等,宏观世界人有两种,男人和女人,微观世界人是无限的老人小孩年青人每个个体都有差分,微观物理还是须要,爱因斯坦一样的理论学家。单拷撞击出基本粒子太慢也完成不了。


爰打个鱼


发射单光子要有单原子,在单原子中还要使核外单电子,单电子才能发射单光子。目前的技术很难作到,只有降低物体温度,使发射的光子稀蔬。


光量子宇宙


不懂,瞎猜,可以假设一个环境!通过曲面反射/折射,加通道隔离,加透镜散射,......然后重复N 次最后总能得到一个不可分离的光子!检测技术完全外行....就不瞎掰了!哈


nicefox


能不能对光子进行标记或“染色”?


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