Faserverstaerker, Unschaerfe, Welle contra Teilchen, Schwebungssignale,...

Gronotte, bist Du es?

SCNR Henning

Moin!

Ich sehe, ich habe da wohl einigen Nachholbedarf - meine Erinnerungen aus Schulzeit und Studium gehen gerade bis zur Unschärferelation.

Nein, was ich hier als Detektor beschrieben habe, sei ein einfacher Photodetektor, also eine Photodiode, ein Leistungsdetektor.

Letztendlich geht es darum, die Frequenz des Lichts geringer Intensität zu messen, indem die Schwebungsfrequenz ausgewertet wird, die bei Interferenz mit dem Licht hoher Intensität und bekannter Frequenz entsteht. Aber das kann der Detektor ja nicht wissen, und darum gehts _hier_ auch erstmal nur darum, wie das Detektorsignal überhaupt aussieht, wenn man sehr geringe Intensitäten hat.

Genau. Ein Photon generiert ein freies Elektron im Halbleiter und es entsteht ein Strompuls - zumindest mit einer Wahrscheinlichkeit von z.B.

80%, die der Quanteneffizienz des Halbleiters entspricht.

Sorry, das ist momentan alles außerhalb meiner Reichweite. Kannst Du vielleicht ein gutes Buch für die Grundlagen empfehlen?

Hätte ich jetzt auch so erwartet.

Das heißt letztendlich, daß sich bei Interferenz zwischen jeweils vielen Photonen bei f1 und f2 die Wahrscheinlichkeiten, ein Photon zu detektieren, gegenseitig beeinflussen müssen. Sonst käme dort ja kein Schwebungssignal heraus (und das tut es in der Praxis).

Ja - nur woher weiß die Photodiode, was ich messen will? :-)

[Faserverstärker]

Ah okay, also gewissermaßen auch eine Art "Beobachtungsdauer".

Das müsste dann eigentlich auch für das Elektron im Halbleiter der Photodiode gelten?

Wenn denn die Detektion und damit Verstärkung des Photons im Zeitbereich unscharf ist, und die nachfolgende Verstärkung der des originalen und des neuen Photons unscharf ist, und die nachfolgende Verstärkung.... müssten dann nicht letztendlich alle emittierten Photonen über einen Zeitbereich in der Größenordnung der Lebensdauer verteilt sein?

Sprach der Theoretiker. :-)

Ich danke Dir wirklich vielmals, auch wenn ich zugeben muss, wohl nur einen geringen Teil dessen verstanden zu haben. Wie gesagt - eine Buchempfehlung wäre wohl für den Anfang ganz praktisch.

Gruß, Michael.

[...]

IME bevorzugen Akademiker oft Waffeln, die mit den Schokoladenlagen drin :-)

Ich weiss nicht was Du in diesem Fall konkret vorhast, aber die Erfassung einzelner Photonen macht man heutzutage wohl mit Avalanche Photodioden:

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Gruesse, Joerg

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Moin!

Weiß ich, sind hier ungeeignet. Es geht um Schwebungssignale. Da beim Detektor P_el ~ I² ~ E²_opt gilt, nutzt man als Referenz (Lokaloszillator) Licht möglichst hoher Intensität. Da ist die APD viel zu schnell dicht, bzw. würde bei reduzierter Intensität auch noch das dann höhere _relative_ Schrotrauschen des LO verstärken.

Gruß, Michael.

Ok, da muss ich passen. Falls es um Schwebungssignale niedriger Frequenz (kHz-Bereich) geht koennte eine Bootstrap Kaskode nuetzen. Ein Transistor der mir in dieser Hinsicht (Lasergeschichte) durch niedriges Rauschen und niedriges 1/f Knie aufgefallen ist waere der BCX70K. Hat sich hier gut bewaehrt. Falls Du Phil Hobbs' Web Site nicht kennst, das ist der Guru auf diesem Gebiet und mit bei s.e.design mit:

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Gruesse, Joerg

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Hi!

Nein, geht um ~100MHz.

Den hab ich hier selbst schon mehrfach empfohlen.

Gruß, Michael.

Mirko Liss wrote in news: snipped-for-privacy@mliss.my-fqdn.de:

Puh! Schmerz lass' nach.

Ein Lichtquant ist ein Portion Energie und ein Photon ist ein Wellenpaket. Harmonische Wellen mit einer absolut genauen Frequenz, also einen Wellenzug, gibt es nicht in der Natur.

>

Gregor Scholten wrote in news:88059018-238d-43b5- snipped-for-privacy@w4g2000vbh.googlegroups.com:

Nicht nur etwas, sondern so ziemlich alles.

Hatte ich vorhin auch so geschrieben, ist aber nicht ganz genau. Ein Photon wird durch ein Wellenpaket beschrieben. Das Photon ist die Envelope(Einhüllende) des Wellenpaketes, also ein EM_Impuls, welcher als Gesamtheit eben durch Bandbeite und Energieunschärfe beschrieben wird.

>

Michael Eggert:

Vielleicht "Feynmans Vorlesungen ueber Physik", verlegt bei Oldenbourg, drei Baende, der dritte Band ueber Quantenmechanik.

nis

wenn es dir darum, wie du dir quantenmechanische Zust=E4nde des EM- Strahlungsfeldes vorstellen kannst, kann dir

Wilfried Kuhn, Janez Strnad: "Quantenfeldtheorie - Photonen und ihre Deutung"

ans Herz legen. Da wird das wirklich gut dargestellt. Andere QFT- B=FCcher wie der Mandl/Shaw oder der Schwabel Band 2 begn=FCgen sich damit, zu argumentieren, dass man jede Mode des Strahlungsfeldes wie einen harmonischen Oszillator behandeln und deswegen den Formalismus der Auf- und Absteigeoperatoren benutzen kann.

len

beim Schwebungssignal schwankt ja die Amplitude periodisch. Das kann du dann in etwa so interpretieren, dass an die Amplitudenmaxima die Wahrscheinlichkeit, Photonen zu finden, besonders hoch ist, an den Nulldurchg=E4ngen der Amplitude dagegen null. Das haut allerdings nur hin, wenn der mittlere Abstand zwischen zwei Photonen wesentlich kleiner ist als der Abstand zwischen zwei Amplitudenminima.

das wei=DF sie durch die Art, wie sie gebaut ist.

der

wie schon im Parallelpost erw=E4hnt: wenn du den Messapparat, hier die Photodiode, selbst als Quantensystem behandeln willst, musst du einen weiteren Messapparat annehmen, mit dem die Photodiode ihrerseits einer Messung unterzogen wird. Nur in der Vieleweltendeutung kannst du dir diese Annahme sparen.

n

ker

uch

h

wie gesagt, es kommt immer darauf an, an welcher Stelle man den Messprozess ansetzt.

zum Thema Lichtquellen w=E4re noch

Matt Young: "Optik, Laser, Wellenleiter"

zu empfehlen. Der betrachtet allerdings keine Photonen, sondern nur klassische Wellenpakete, es wird aber trotzdem ein gutes Verst=E4ndnis der Vorg=E4nge beim Laser geliefert.

Interessantes Thema, leider kann ich das Buch - Schnellschuss - nirgends finden. Weder über den Autor noch über den Titel. ISBN?

[...]

Gruß, rw

/quellenvz.html

[75] Kuhn, Wilfried; Strnad, Janez, 1995: "Quantenfeldtheorie" Photonen und ihre Deutung, FH:UHG1, ISBN 3-528-07275-X

Moin!

Danke! Mal sehen, ob ich das über Fernleihe ranbekomme...

^^^^^^^^^^^^^^^ ^^^^ Minima minimal.

Das Schwebungssignal pendelt bei gleichen Intensitäten ja maximal zwischen Null und der doppelten Intensität, geht also höchstens bis auf Null runter, nicht durch.

Ja, so meinte ich das mit den beeinflussten Wahrscheinlichkeiten.

Im Photonenmodell absolut logisch.

Nun wirds aber interessant: Der mittlere Abstand zwischen zwei Photonen wird bestimmt durch die Gesamtintensität. In dieser großzügigen Vereinfachung genügt es also auch, eine sehr kleine Anzahl von Photonen der einen Frequenz und dafür eine umso höhere Anzahl von Photonen der anderen Frequenz zu haben. Daraus ergibt sich natürlich die Frage, wie sich eine solch geringe Intensität auf die veränderten Wahrscheinlichkeiten auswirken.

Und die andere Frage ist, ob ich durch den Einsatz eines Faserverstärkers noch was rausholen kann - in Bezug auf die Anzahl der Photonen auf jeden Fall - oder ob ich damit quantenphysikalisch betrachtet Information erzeugen würde wo vorher keine war.

Konkret? Hat das vielleicht was mit der räumlichen Ausdehnung zu tun? Also damit, daß ein Photon in einem Faserverstärker mit Längen im Zentimeter- bis Meterbereich natürlich viel mehr Zeit zur Interaktion hat als in der wenige µm dicken Sperrschicht einer Diode?

Könnte man einen "idealen Elektronenzähler" am Ausgang der Diode als solchen Messapparat annehmen?

Danke, aber nach der Kurzbeschreibung bei Amazon geht das tatsächlich mehr in die Richtung, die ohnehin mein täglich Brot ist. Also nichts für die Fragestellungen hier...

Gruß, Michael.

[...]

Ausser wenn ein schwarzes Loch vorbeizischt :-)

Dann schrumpelt Dir die Modulationstiefe weg, bis Du im Extremfall (Photonenzahl der einen Frequenz nahe Null) ueberhaupt keine Modulation mehr hast.

Eine noch andere Frage waere ob man sowas nicht mit SPICE simulieren koennte. Rauschquellen sind da ja nicht so das Problem.

[...]

--
Gruesse, Joerg

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Moin!

Natürlich. Aber an einen proportionalen Zusammenhang zwischen optischer Durchschnittsleistung und der Leistung des Schwebungssignals bei konstanter spektraler Verteilung glaube ich im unteren Grenzbereich noch nicht.

Gruß, Michael.

Kann ich nicht viel zu sagen, aber zumindest das Gesetz der Energieerhaltung ist noch nicht am Bundesverfassungsgericht abgeschmettert ... :-)

Wenn Du die Sache mit den Photonen irgendwie mathematisch oder als gemessenen Datensatz erfassen kannst muesste sich auch das in SPICE simulieren lassen. Mag jetzt abstrus klingen, aber immerhin hat mal jemand fast ein gesamtes Turbofan-Triebwerk damit simuliert, inklusive Startprozess.

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Gruesse, Joerg

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Moin!

Dem ist das aber auch egal, ob die Energie ausgerechnet als Schwebungssignal auftaucht oder als DC, als Rauschen, oder schlicht ganz woanders, wie das bei Interferenz ja gern mal der Fall ist.

Gruß, Michael.

Ok, DC ist leicht messbar, Rauschen schon kniffliger, aber bei "ganz woanders" wird's doch esoterischer :-)

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Gruesse, Joerg

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Moin!

Nö. Die Schwebungssignalerzeugung bedarf der Überlagerung des Lichts aus zwei Quellen, klassischerweise mithilfe eines Strahlteilers, bei faseroptische Systemen mithilfe eines Kopplers. Der Strahlteiler hat vier genutzte Seiten, der Koppler hat vier Fasern. An zwei Seiten/Fasern kommt das Licht rein und an den anderen beiden wieder raus. An beiden Ausgängen siehst Du das Schwebungssignal zueinander invers, denn genau da greift der Energiesatz: Was momentan am einen Port rauskommt, das kommt gerade nicht am anderen raus.

Und da kommt dann wieder die Kohärenz ins Spiel und in unserem Fall die Frage, wie kohährent wenige Photonen noch zueinander sind. Und wenn sie es nicht sind, dann kommt das Licht einfach inkohärent und ohne sichtbares Schwebungssignal wieder raus. Anstelle sich also auf dem einen oder anderen Port abwechselnd zu einem Maximum zu überlagern, wird es konstant 50:50 geteilt - so daß aus Sicht des Detektors, der gerade ein Maximum erwartet, die Hälfte eben "ganz woanders" ist. :-)

Gruß, Michael.