¿Los fotones tienen una duración?

Cuando la luz se emite (o recibe) un fotón a la vez, ¿cuál es la duración de cada pulso? ¿Está relacionado con la longitud de onda? ¿Es posible crear un pulso láser (o una onda de radio) más corto que la longitud de onda (período de oscilaciones)?

Respuestas (1)

Obviamente, esto depende de la fuente de luz: algunas fuentes producen pulsos más largos y otras fuentes producen pulsos más cortos. Sin embargo, la regla general es que la duración del pulso no está limitada por la longitud de onda sino por el ancho de banda del pulso, es decir, la longitud. Δ ω del intervalo de frecuencias que contribuyen significativamente al espectro del pulso. En términos generales, la duración del pulso Δ τ está limitado por el ancho de banda a través de

Δ τ   Δ ω ≳ 1 ,
que es esencialmente el principio de incertidumbre de Heisenberg menos toda la mecánica cuántica.

En general, si desea hacer un pulso con una sola longitud de onda, entonces esto requiere que tenga un pulso infinitamente largo. Si desea tener un pulso más corto que la longitud de onda de la portadora ω 0 , entonces el ancho de banda Δ ω será más grande que ω 0 y tendrá un amplio espectro de múltiples octavas donde su original ω 0 aún podría ser relevante para describir los detalles más finos del espectro, pero será esencialmente imposible de inferir de una mirada cualitativa a este último.

Para obtener más detalles, vea mi respuesta a la pregunta estrechamente relacionada ¿Cómo se puede definir una longitud de onda para un láser donde la distancia de viaje de un fotón durante la duración de un pulso es menor que una longitud de onda? .

Gracias por la respuesta y el enlace, +1 a ambos por ser útiles e informativos. Básicamente, responde "no" a la segunda parte de mi pregunta, porque el espectro más amplio siempre contendría longitudes de onda más cortas que la duración del pulso. Comprendido. Sin embargo, mi pregunta principal es la duración de un solo fotón. El principio de incertidumbre da una oscilación completa para fotones virtuales (esto tiene un significado físico profundo aunque no relacionado aquí). ¿Está diciendo que la duración de un fotón real está definida por el ancho de la línea espectral (ancho de banda) a través del principio de incertidumbre?
Los fotones son simplemente excitaciones de algún modo clásico subyacente. Ese modo puede ser monocromático, pero no es necesario que lo sea, y a menos que el modo dure un tiempo infinito (o más que su experimento, en cuyo caso la idealización es apropiada), entonces el modo será un paquete de ondas exactamente como se describe aquí. La única diferencia entre un pulso clásico y un estado de un solo fotón son las estadísticas de conteo que se obtienen, por ejemplo, por la interferencia de Hong-Ou-Mandel. Lo mismo es cierto para una secuencia de pulsos de un solo fotón, si eso es lo que quiere decir con 'un fotón a la vez'.
¿Los fotones tienen una duración?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v