光子自旋器件

光子與其他微觀粒子一樣,具有內稟角動量,即自旋。由於光波是橫波,所以自旋在光傳播方向上只有兩種可能投影值,即S=±h，其中“+”或“-”分別表示這兩個投影態與右旋或左旋圓偏振光子的自旋平行或反平行與其動量矢相對應。而線偏振光子,自然呈現的平行或反平行於其動量矢的幾率是相等的。線偏振光子可把動量傳遞給其他物體,圓偏振光子對物體作用是一個轉動慣量。

基本介紹

• 中文名：光子自旋器件
• 外文名：spin of photon
• 套用學科：自旋電子學

相關概念

光子具有自旋,但是因為它們總是以光速運動,人們不能將自旋認為是圍繞於一個固定點;相反的自旋軸總在運動的方向。

光子的干涉

光子具有波粒二象性,楊氏雙縫干涉是驗證波動性最好的實驗,因此即便是一個光子,也可以實現這個衍射實驗。光子在楊氏雙縫干涉中的行為,可以套用“光子位置定律”來解釋,即用電磁場理論計算觀察平面的光強分布,並將其轉換為探測光子位置的隨機幾率,以此表征粒子狀態下的光子運動行為(換句話說,極弱光情況下光子的運動機率行為)。

光子自旋套用

光子自旋稱之為極化,這就是“偏振片”太陽鏡的行為所根據的現象。把兩偏振片重疊在一起並透視之。一般地講,你會發現有一定量的光透過去。使其中一片不動而旋轉另一片,通過的光量會發生變化。在一個方向上,穿透的光達到最大,第二偏振片實際上並沒減少穿透的光量;在與此垂直的方向上,第二偏振片可使通過的光量減少到零。

按照光的波動圖像最容易理解所發生的現象。在這裡我們需要用麥克斯韋的光波的振動電磁場描述。右圖畫出了平面偏振的光。電場在一個稱為極化面的平面上下振動。而磁場在一個垂直於電場振動的平面上振動,電磁場相互共。每一偏振片讓極化面和偏振片結構相平行的光通過。當第二個偏振片的結構和第一個指向一致時,所有通過第一偏振片的光就會通過第二偏偏振片。但是,當它們結構的方向相互垂直時,第二偏振片就將通過第一偏振片的光全部阻攔住。如果兩個偏振片的指向夾角為φ時,則第二偏振片讓cos²φ部分的光通過。

在粒子表像中,我們應該把每一單獨光子認為是具有偏振的。第一偏振片的行為像一個偏振度測量器。如果光子的確在一個合適的方向偏振,它就給出是的答案,並讓光子通過。如果光子在與此相垂直的方向偏振,則答案為非,光子就被吸收。(注意在希爾伯特空間中的的“正交”並不對應於通常空間中的的“夾直角”)假定光子通過了第一偏振片,則第二偏振片就會問相應的問題,但是對於某個其他的方向。如果兩個方向的夾角為φ,我們就有cosφ作為已經通過第一偏振片的光子通過第二偏振片的機率。