1. Kvantfononer:Ljudvågor består av mekaniska vibrationer som fortplantar sig genom ett medium, såsom luft, vatten eller fasta ämnen. Inom kvantmekaniken beskrivs dessa vibrationer som ljudkvanta som kallas fononer. Fononer är analoga med fotoner, som är kvanta av ljus.
2. Fonon-fotoninteraktioner:När kvantljus interagerar med fononer kan det genomgå olika fysiska processer som visar deras kvantnatur. Dessa interaktioner inkluderar:
- Stimulerad Raman-spridning (SRS):I SRS interagerar en foton med en fonon och överför en del av sin energi till fononen. Detta resulterar i skapandet av en ny foton med en annan energi och riktning, känd som Stokes-fotonen.
- Spontan Raman-spridning (SpRS):I SpRS interagerar en foton spontant med en fonon, sänder ut en ny foton (Stokes-foton) och absorberar energi från fononen. Denna process är motsatsen till stimulerad Raman-spridning.
- Brillouin-spridning:I Brillouin-spridning interagerar kvantljus med akustiska fononer, som är ljudvågor som involverar vibrationer från atomer eller molekyler i ett fast ämne. Det spridda ljuset uppvisar en frekvensförskjutning som motsvarar de akustiska fononernas frekvens.
3. Kvantbrus:Kvantljus som interagerar med ljudvågor kan också uppvisa kvantbruseffekter. Kvantfluktuationer och osäkerheter i interaktionerna mellan fotoner och fononer leder till fenomen som fotonnummerklämning, där osäkerheten i fotontalet reduceras under den klassiska gränsen.
4. Optomekaniska system:Interaktionen mellan kvantljus och ljudvågor spelar en avgörande roll i optomekaniska system. Dessa system kombinerar optiska och mekaniska element, vilket möjliggör kontroll och manipulering av mekanisk rörelse på kvantnivå. Optomekaniska system har tillämpningar inom precisionsmätningar, kvantavkänning och studiet av kvantfenomen i makroskopiska objekt.
Genom att studera hur kvantljus ser ljud, får forskare en djupare förståelse av kvantnaturen hos ljus-materia-interaktioner och banar väg för innovativa tillämpningar inom kvantteknik och grundläggande fysikforskning.
