Способ оценки скорости распространения взаимодействия фотонов, вызывающего интерференцию света

Изобретение относится к области определения скорости распространения взаимодействия фотонов, в частности, при однофотонной интерференции. Луч непрерывно работающего источника когерентного электромагнитного излучения разделяют на два потока, которые сводят на экране, образуя интерференционную картину. Периодически перекрывают поток не менее чем в двух местах. Регистрируют с помощью фотодетекторов изменение интерференционной картины. Изменяя частоту перекрытия, длину перекрываемого участка, определяют граничные условия, которые соответствуют переходу между наличием и отсутствием интерференционной картины. По отношению расстояния, проходимого перекрываемым потоком между участками его перекрытия к установленной продолжительности открытого состояния в периоде, судят об искомой скорости. Способ может быть полезен в фундаментальных исследованиях природы квантовомеханического взаимодействия. 2 ил.

 

Способ относится к области определения скорости распространения взаимодействия фотонов, образующих интерференционную картину, например, при однофотонной интерференции, в случае возникновения условий, вызывающих изменения картины.

Известные способы оценки скорости движения объекта, в которых используется интерференция света и другие, связанные со светом эффекты, например [1], не позволяли производить оценку скорости распространения волновых процессов, определяющих взаимодействие фотонов (их волновые свойства) и изменяющих интерференционную картину при изменении условий интерференции.

Цель изобретения: разработка способа, пригодного для оценки скорости распространения взаимодействия фотонов, вызывающего интерференцию света (волнового по природе взаимодействия), далее обозначаемой как СВФ.

Поставленную цель достигают следующим способом. Основной поток непрерывного электромагнитного когерентного излучения, например луч непрерывно работающего лазера (поток может быть ослаблен до поступления отдельными фотонами), раскладывают на первый и второй или несколько потоков. Потоки сводят на экране (экранах), образуя интерференционную картину. Периодически перекрывают поток (или несколько потоков), например первый из тех, на которые разложен основной поток. Перекрытие производят в одном или нескольких местах, регистрируя изменения интерференционной картины (изменение интенсивности излучения на различных участках экрана) с помощью датчиков (фотодетекторов). Изменяя частоту периодического перекрытия потока - ν (продолжительность периода), соотношение между промежутками времени открытого - τ_о и перекрытого - τ_з положения потока в периоде, длину участка потока между местами его перекрытия - l_п, находят граничные условия, которые соответствуют переходу между наличием и отсутствием интерференционной картины (отсутствие различий в интенсивности излучения в местах, где наблюдались максимумы и минимумы интенсивности при интерференции). Измеряют ν, τ_o, τ_з, l_п, отвечающие граничным условиям - ν_г, τ_ог, τ_зг, l_пг. Оценивают СВФ, например, как l_пг/τ_ог.

Оценку искомой скорости удобно производить двумя частными способами нахождения l_пг/τ_ог. Либо при постоянном l_п, меняя τ_о, находят τ_ог - максимальное значение открытого положения в периоде, при котором интерференция перестает наблюдаться. В таком случае СВФ оценивают как значение отношения l_п/τ_ог. Либо при постоянном τ_о, меняя l_п, находят l_пг - минимальную длину участка потока между местами его перекрытия, при которой интерференция перестает наблюдаться, и оценивают СВФ как значение отношения l_пг/τ_о.

На фиг.1 представлена одна из экспериментальных установок, с помощью которой возможно оценить СВФ предлагаемым способом. Непрерывный поток когерентного поляризованного электромагнитного излучения (света) от лазера 1 через устройство 2, позволяющее уменьшать интенсивность, попадает на полупрозрачное зеркало 3, раскладываясь на два потока. Первый поток проходит дважды, отражаясь от зеркал 4, через прерыватель 5 (например, ячейку Керра), что приводит к образованию участка потока, на концах которого перекрытие потока может производиться одновременно (образуется петля). В петле установлен поляризационный фильтр 6 для уменьшения погрешностей от переходных процессов при перекрытии потока. Пройдя дважды прерыватель, поток попадает на экран 7. Второй поток попадает нпосредственно на экран 7, образуя вместе с первым потоком интерференционную картину. При поступлении с управляющего устройства 8 соответствующего сигнала происходит периодическое перекрытие первого потока (например, с продолжительностью периода порядка 10^-8÷10^-9 с фиг.2). Устройство 8 позволяет устанавливать заданную частоту и продолжительность прерывания в периоде. Продолжительность открытого положения прерывателя в периоде - τ_о меньше продолжительности перекрытого положения - τ_з. Продолжительность переходных процессов при перекрытии и открытии менее 2·10^-9 с. При включении прерывателя происходит изменение интерференционной картины по двум основным причинам. Первая - связана с нарушениями когерентности и распространением изменений в волновом взаимодействии фотонов потоков (уменьшается относительная величина различий интенсивности света между максимумами и минимумами освещенности в интерференционной картине). Вторая - вызвана уменьшением средней интенсивности первого потока при его периодическом перекрытии. Управляющее устройство 8 позволяет регулировать ν, τ_o, τ_з и устанавливать их заданные значения. Датчики 9 и регистрирующее устройство 10 дают возможность измерять интенсивность освещенности в различных участках интерференционной картины и определять наличие или отсутствие интерференции. Перемещая зеркало 4 для перемены l_п или меняя τ_о, находят граничные условия между наличием и отсутствием интерференционной картины.

Способ может быть использован в области квантовой механики для изучения природы и скорости взаимодействия между фотонами, а также при создании принципиально новых устройств связи.

Источники информации

1. Авторское свидетельство SU №1760456 А1, класс G 01 P 3/36, 1992.

Способ оценки скорости распространения взаимодействия фотонов, вызывающего интерференцию света, заключающийся в том, что луч непрерывно работающего источника когерентного электромагнитного излучения разделяют не менее чем на два потока, сводят потоки на экране, образуя интерференционную картину, периодически перекрывают один или несколько из потоков, перекрытие осуществляют одновременно не менее чем в двух местах потока, пропуская его через одно и то же перекрывающее устройство, регистрируют с помощью фотодетекторов наличие или отсутствие интерференционной картины, изменяют и измеряют продолжительность открытого состояния в периоде при установленном расстоянии, проходимом перекрываемым потоком между участками его перекрытия, или изменяют и измеряют расстояние, проходимое перекрываемым потоком между участками его перекрытия при установленной продолжительности открытого состояния в периоде так, чтобы найти максимальную продолжительность открытого состояния в периоде при установленном расстоянии, проходимом перекрываемым потоком между участками его перекрытия, или минимальное расстояние, проходимое перекрываемым потоком между участками его перекрытия, при установленной продолжительности открытого состояния в периоде, при которых интерференционная картина перестает наблюдаться, и оценивают искомую скорость как отношение найденного минимального расстояния, проходимого перекрываемым потоком между участками его перекрытия, к установленной продолжительности открытого состояния в периоде или как отношение установленного расстояния, проходимого перекрываемым потоком между участками его перекрытия к найденной максимальной продолжительности открытого состояния в периоде.