polarización de luz ordinaria, láser y fotones de transición atómica

En un láser de cavidad externa típico, los extremos del tubo están sellados con ventanas de Brewster, que dejan pasar la luz polarizada linealmente de una orientación mucho más eficientemente que la luz de la otra orientación. La luz que pasa por las ventanas Brewser se refleja posteriormente (por los espejos de cavidad) en el tubo a través de la misma ventana. Como resultado, la luz que pasa fácilmente a través de las ventanas de Brewster puede amplificarse mientras pasa por el gas excitado en el tubo, por lo que el haz emitido tiene la polarización lineal correspondiente.

Si un láser de gas no tiene ventanas Brewster, sino que solo tiene espejos sellados directamente en los extremos del tubo, no hay nada que favorezca una orientación de polarización sobre otra, por lo que la luz de todas las polarizaciones se amplifica por igual y el haz de salida no está polarizado. . Si se incluyera un polarizador circular dentro de la cavidad, el láser emitiría luz polarizada circularmente.

La radiación térmica, como la de un filamento incandescente, normalmente no está polarizada. De manera similar, la luz emitida por gas caliente sin presencia de campos no está polarizada. Sin embargo, si está presente un campo magnético o eléctrico, el campo define una dirección. Los átomos o moléculas en el gas caliente tienden a estar orientados en la dirección del campo -oa veces perpendiculares a la dirección del campo-; y luego puede emitir luz polarizada.

Es importante recordar que la mecánica cuántica asegura que la polarización de un fotón individual no suele estar bien determinada. Tiene una cierta probabilidad de tener esta o aquella polarización, pero ambas probabilidades suelen ser finitas a menos que algo obligue a la polarización a tener un estado definido. Un átomo libre no tiene restricciones prácticamente por definición, por lo que emite luz sin un estado de polarización definido. Por otro lado, si hay presente un campo magnético o eléctrico, es probable que la luz emitida esté polarizada. En una colección de átomos no orientados, no habrá polarización definida en su luz emitida.

El hecho es que no todos los rayos láser están sustancialmente polarizados.

Cuando se produce la polarización, no se debe intrínsecamente a la emisión estimulada per se, sino al medio y/o configuración específicos. Por ejemplo, puede bombear un cristal que de hecho actúe como un polarizador.

Más detalles están en https://www.rp-photonics.com/polarization_of_laser_emission.html

editar originalmente pensado para responder a "¿por qué está polarizado el láser?".

Veo que la Q ha sido muy editada. Mientras que la respuesta debería arreglar Q1, para Q2 sí. Mire la polarización solo para un haz de luz y, por lo tanto, como una propiedad colectiva. (Para un fotón individual, los efectos cuánticos impiden tener una polarización bien determinada, al menos en un sentido láser). La polarización no puede surgir de un conjunto a menos que este último esté ordenado y ópticamente activo.

1. Los átomos térmicamente excitados emitirán fotones con diferente fase y polarización. Como resultado, la coherencia de dichas fuentes es baja o nula.

El láser tiene un resonador de dos espejos que confinan los fotones emitidos inicialmente como emisión espontánea. Cuando un electrón está en estado excitado y llega un fotón, el átomo emite dos fotones con idénticas fases y polarización - emisión estimulada. Estos dos fotones se reflejan en un espejo y se convierten en cuatro. Por lo tanto, el haz consta de fotones que están en fase en su mayoría y con una polarización particular.

2. La polarización está relacionada con el comportamiento de los vectores de campo en el dominio del tiempo. Sin embargo, los fotones individuales también pueden tener polarización. Las más naturales son las polarizaciones circulares izquierda y derecha.$\pm \hbar$. También está muy extendido que el fotón puede tener polarización lineal o puede ser una superposición de circular izquierda y derecha.