INTERFERANZA DEL SINGOLO FOTONE INTEFERENZA DEL SINGOLO FOTONE Guido Pegna, Dipartimento di Fisica Università Di Cagliari pegna @unica.it http://www.pegna.com
Jan 18, 2016
INTERFERANZA DEL SINGOLO FOTONE
INTEFERENZADEL SINGOLO
FOTONE
Guido Pegna, Dipartimento di Fisica Università Di Cagliari
[email protected] http://www.pegna.com
PROGETTO: INTEFERENZA
NELLA DIFFRAZIONEDA DUE FORI
(ESPERIM. ALLA YOUNGCON LUCE DEBOLE)
TECNICA STANDARD: SCANSIONE DEL CAMPO IMMAGINE
L’INTENSITÀ I VARIA CON L’ANGOLO
DI “APERTURA” :I = I0sen2/2
DIFFRAZIONE DA UN FORO
<I>
I0
ANDAMENTO DELL’INTENSITÀ NELLA FIGURA DI DIFFRAZIONE
DA DUE FORI
I PARAMETRI DELL’ESPERIMENTO
d = 1,22 D/a y = D/h
D
a: Diam. fori
h dy
Onde piane
Distribuz. Airy
Interfer.
SCHERMO
PIANO IMMAGINE
Nel nostro apparecchio si ha: D = 0,5 m (dist. Fori-Piano immagine) = 0,6 10-6 m (Laser) D = 1 cm = 10-2 m (Diam. della figura di Airy) h = 1 mm (Distanza fra i fori)
Dai quali cui si deduce il diametro dei fori:
a = 4010-2 mm il passo delle frange di interferenza: y = 0,1 mme la frazione IL della luce emessa dal Laser che supera i fori (Spot del Laser = 4,5 mm2): IL = 510-4
COME POSSIAMO ESSERE SICURI
CHE NEL NOSTRO
APPARECCHIO VI SIA
QUASI SEMPRE UN SOLO
FOTONE CHE VIAGGIA
DALLA SORGENTE AL PIANO
DELL’IMMAGINE?
FOTOMOLTIPLICATORE PER CONTEGGIO
DI FOTONI SINGOLI
IMMAGINEDI INTERFERENZA
CHE COPRE TUTTO IL FOTOCATODO.
VALUTAZIONE A PARTIRE DALLE CARATTERISTICHE DEL
RIVELATORE
1. Si regola la corrente della sorgente di luce fino ad avere, per esempio, una corrente
anodica del PM di 1 nA.
2. Il PM ha un guadagno di 106. Quindi la corrente
di fotoelettroni è di 10-15 A 104 elettroni/s.
3. Il rendimento quantico del PM per la luce rossa
è intorno al 4%. Quindi il numero di fotoni che
incidono sul fotocatodo è circa 2,5105 fotoni/s
4. Quindi si ha in media un fotone ogni 410-6 s
5. Se non vi fosse il ricevitore, i fotoni sarebbero
distribuiti nello spazio uno ogni 1,2 Km.
IN CONCLUSIONE:
NELL’ APPARATO SI HA
UN FOTONE OGNI 4 s,
MENTRE PER PERCORRERE
IL TRAGITTOAL SUO INTERNO
I FOTONI IMPIEGANO 3 ns
VALUTAZIONE A PARTIRE DALLE CARATTERISTICHE DELLA
SORGENTE
1. Il Laser è alimentato con una corrente I = 3,2·10-6 A = 3,2·10-6 Coul/s = [e = 1,6·10-19 Coulomb] 2·1013 elettroni/s 2. Ammettendo un rendimento della sorgente di circa 10-4 fotoni/elettrone si avrebbero N = 2·109 fotoni/s emessi
3. Il rapporto fra la sezione dei fori e quella del fascio è di circa 5·10-4. Quindi il numero di fotoni che superano i fori è: Nfotoni = 106 fotoni/s
Dunque N 106 fotoni/sec
5. Secondo questa valutazione si avrebbe un fotone ogni microsecondo nella parte interferometrica dell’apparato. Vi è ancora un margine di un fattore 600 fra l’intervallo medio di tempo fra ogni fotone (1 s) e il tempo di transito di ciascun fotone (1,5 ns).
RISULTATI: IMPULSI Ilaser = 21 A
RISULTATI: IMPULSIIlaser = 21 A
SIAMO COSÌ SICURI,
CON BUON MARGINE,
CHE NELL’APPARATO
VI È SEMPRE
SOLO UN FOTONE
PER VOLTA
LA NUOVA TECNICA QUI PROPOSTA:ACQUISIRE
SIMULTANEAMENTETUTTA L’IMMAGINE
CON UNA TELECAMERASENSIBILE AL SINGOLO
FOTONE
WEBCAM COMMERCIALI MODIFICATE
PER LUNGHE ESPOSIZIONI
E SPECIFICI PROGRAMMI
DI CONTROLLO
DELLA TELECAMERA,
DEL TEMPO DI POSA,
DELLE MODALITÀ
DI ACQUISIZIONE,
DI SOMMA DELLE IMMAGINI
(K3CCDTOOLS)
UN ESEMPIOLa Nebulosa M16, detta “Eagle”, 6500 anni luce dist.
L’APPARECCHIO
LA SCATOLA OSCURA
LASER E CIRCUITI
Laser
L’OTTURATORE
Fori
Galvanometro
WEBCAM
Webcam
PM
RIPRESA 1: Esposizione 15 s (4·106 fotoni)
RIPRESA 2: 4 Esposizioni da 15 s
RIPRESA 3: 20 esposizioni da 15 s
GRAZIE!
Cagliari 15 Feb. 2009