¿Cuáles son los estados de polarización de los fotones en una luz polarizada y no polarizada?

Los fotones están completamente polarizados, es decir, sus estados de polarización se pueden expresar como a | R ⟩ + b | L ⟩ , dónde | R ⟩ y | L ⟩ son dos estados propios de helicidad del fotón. por ejemplo, el | R ⟩ el fotón tiene polarización circular derecha y el | H ⟩ = 1 2 ( | R ⟩ + | L ⟩ ) es un fotón polarizado linealmente horizontalmente.

¿Es la luz polarizada un estado puro y la luz no polarizada una mezcla estadística de fotones con diferentes polarizaciones?

Respuestas (1)

Sí, un fotón en una luz polarizada se encuentra en estado puro como | H ⟩ , | V ⟩ , | L ⟩ , | R ⟩ , o cualquier combinación lineal compleja de ellos. Un fotón en luz (completamente) no polarizada se describe mediante la matriz de densidad

ρ = 1 2 ( | L ⟩ ⟨ L | + | R ⟩ ⟨ R | ) = 1 2 ( | H ⟩ ⟨ H | + | V ⟩ ⟨ V | )
Tenga en cuenta que omitió la relación para el estado de polarización vertical, | V ⟩ = i ( | R ⟩ − | L ⟩ ) / 2 , hasta un signo global que es una convención (bueno, toda la fase incluyendo i es físicamente intrascendente, por lo que no importa en absoluto, pero uno debe ser coherente con las convenciones).

Su matriz de densidad corresponde a una luz completamente despolarizada. La matriz de densidad de luz parcialmente no polarizada se expresa a través de operadores de proyección con diferentes "pesos" w norte (probabilidades), no 1/2.
Gracias Lubos. Esta matriz de densidad es para ondas EM monocromáticas no polarizadas. ¿Y si no es monocromático? ¿Los fotones en cada modo tienen la misma matriz de densidad?
Estimado @ANKU, para discutir la frecuencia (y/o la dirección), necesita extender el espacio de Hilbert multiplicándolo por tensor con el espacio de diferentes k → . Nuevamente, también se pueden tener estados puros y estados mixtos con respecto a las frecuencias. La matriz de densidad como la mía proporciona la luz totalmente no monocromática y no polarizada, pero también tendría etiquetas adicionales k → en todos los estados de soporte y uno se integraría en algún intervalo de k → . Sin embargo, uno también puede tener estados puros en relación con la posición/frecuencias. Hay muchos estados, puros y mixtos; cual es tu pregunta exacta?
¿Dónde puedo leer sobre esto? Me gustaría ver la matriz de densidad exacta para la luz no polarizada totalmente no monocromática. ¡Y gracias de nuevo! Tu respuesta ya me ayudó.
Estimado @Andyk, después de 1,5 años. No hay nada como "la" luz totalmente monocromática: la matriz de densidad que representa esta "utopía" no puede existir. Probablemente significaría que todas las frecuencias se representan por igual, pero hay infinitas frecuencias posibles, por lo que la probabilidad de cada una tendría que ser cero para que la probabilidad total fuera uno; la matriz de densidad no se puede normalizar a 1. Cualquier matriz de densidad debe siempre tienen preferencias por "algunos" intervalos de frecuencias.
¿Cuáles son los estados de polarización de los fotones en una luz polarizada y no polarizada?
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