Поляризация фотонов. Интерференция фотонов

Существуют три основные состояния поляризации: плоская, круговая и эллиптическая поляризации. В общем случае поляризованный свет обладает эллиптической поляризацией, т. е. траектория проекции конца вектора напряженности электрического поля волны на плоскость, перпендикулярную направлению ее распространения, является эллипсом. Наибольший практический интерес представляют два крайних случая эллиптической поляризации: линейная поляризация, когда эллипс вырождается в отрезок, и круговая поляризация, при которой эллипс превращается в окружность.

С квантово-механической точки зрения, понятие поляризации света связано с наличием у фотона спина. Фотоны, как частицы с нулевой массой покоя, могут находиться в двух состояниях со значениями момента импульса ±ћ (ћ — постоянная Планка), направленного вдоль импульса фотона. Такие фотоны обладают круговой поляризацией: левой, когда квантовое число m = +1, или правой, когда m = –1. Эллиптически поляризованные фотоны находятся в состоянии, которое складывается из состояний с m = ±1; при линейной поляризации суперпозиция этих состояний такова, что средняя проекция момента на направление импульса равна нулю.

Интерференция фотонов. Описываются интерференционные опыты при малых интенсивностях светового потока, из которых делается вывод о существовании явления интерференции при наличии лишь одного фотона. Обсуждается интерпретация явлений интерференции в рамках корпускулярных представлений.

Если световой поток представить как поток фотонов, то необходимо допустить, что концентрация фотонов в потоке пропорционально квадрату амплитуды напряжённости электрического поля волны (). Нельзя представить интерференцию как процесс «суперпозиции фотонов».

При использовании представления о фотонах образования центров проявления объясняется поглощения фотонов частицами галоидного серебра. Частица галоидного серебра равномерно распределяются по объёму само чувствительного слоя. Вероятность поглощения фотона галоидной частицей для фотонов фиксированной частоты может считаться постоянной. Число поглощённых фотонов в некотором физически бесконечно малом объёме пропорционально произведению числа частиц галоидного серебра в этом объёме, вероятности поглощения фотона и концентрации фотонов. «Почернения» объёма, с одной стороны, пропорционально числу поглощённых фотонов, а с другой стороны интенсивности интерференционной картины.

Отсюда заключаем, что концентрация фотонов в стоячей волне пропорционально , т. е. изменяется на длине стоячей волны и определяется квадратом амплитуды колебаний вектора напряжённости электрического поля в соответствующих точках стоячей волны.

Поглащения фотона частицей галоидного серебра обозначает физическое обнаружения фотона в области этой частицей. Поглащения фотона галоидной частицей является случайным процессом и может описываться лишь вероятносными методами. Изложенные рассуждения позволяют сделать заключение, что плотность вероятности обнаружить фотон вблизи координаты z пропорциональна квадрату амплитуды напряжённости электрического поля волны. Этот вывод важен для корпускулярной интерпритации интерференции электромагннитных волн, но не означает, что фотон обладает координатами и движется по какой-то траиктории.