렌즈와 불확도 원리
불확도 원리를 사용하여 단일 슬릿 회절 패턴의 중앙 프린지 너비를 설명하는 비디오를 보았습니다. 슬릿 크기가 감소하면 광자 위치의 불확실성이 감소하므로 광자 운동량의 불확실성이 증가하여 프린지 너비가 증가합니다. 이것은 다른 방향으로 나아가는 것에 대해 생각하게 만들었습니다 : 광자의 위치에 대한 불확실성을 증가시키기 위해 광자의 운동량의 불확실성을 감소시키는 것입니다. 나는 렌즈가 광자가 명확한 방향으로 전달되도록 "강제"하기 때문에 광자의 운동량의 불확실성을 감소시킬 수 있다고 생각했습니다. 그러나 내 가정이 사실이라면이 경우에 증가하는 광자의 위치 불확실성이 어떻게 나타날지 파악하기 힘들 것 같습니다.
내 가정이 사실이라면 광자의 위치에 대한 불확실성이 어떻게 증가할까요? 렌즈에 들어간 후 아무 일도 일어나지 않았다면 광자가 갑자기 있어야했던 위치와 다른 위치에있을 수 있습니까?
측면으로, 단일 슬릿 실험에서 주어진 슬릿 크기에 대해 광자 위치의 불확실성은 어떻게 계산 됩니까 (불확도 원리 의 Δ x 부분)?
답변
일반적으로 고전적으로 다루지 만 고전적인 설명에는 변장의 불확실성 원리가 포함됩니다. 회절과 Heisenberg의 불확실성 원리 간의 흥미로운 관계를 참조하십시오 .
레이 트레이싱은 렌즈를 디자인 할 때 자주 사용됩니다. 광선의 위치와 렌즈 표면은 설계된 그대로 완벽하게 알려져 있습니다. 완벽한 지점에 빛을 집중시키는 렌즈를 설계 할 수 있습니다.
그러나 실제 렌즈를 만들면 디자인이 말하는 것처럼 작동하지 않습니다. 여러 가지 목적으로 충분하지만 정확한 결과를 원한다면 회절을 추가해야합니다. 초점이 아닌 초점을 얻습니다.
레이저 빔은 최대한 완벽하게 시준 된 빛에 가깝습니다. 다시 완벽하게 시준 된 광선으로 디자인 할 수 있습니다. 그러나 그것은 실제 레이저가 작동하는 방식이 아닙니다.
진짜 빛은 파동입니다. 빛은 Maxwell의 방정식에서 파생 된 파동 방정식에 따라 전파됩니다. 레이저 빔을 제대로 이해하려면 레이저 캐비티에서 파동 방정식을 풀어야합니다.
레이저 캐비티는 (일반적으로) 구형 또는 평면 거울에 의해 경계가 지정됩니다. 웨이브 프론트는 거울의 곡률과 일치합니다. 이 제약은 가우시안 빔 솔루션으로 이어집니다 .
이미지 출처 https://www.rp-photonics.com/gaussian_beams.html
가우시안 빔의 기본 속성은 발산 각도와 빔 웨이스트 직경입니다. 가우스 빔에서 "광선"은 쌍곡선 경로를 따릅니다. 허리에서 거의 직선이지만 평행하지는 않습니다.
렌즈로 가우시안 빔의 초점을 맞출 수 있습니다. 결과는 훨씬 더 큰 발산 각도와 훨씬 더 작은 빔 웨이스트를 가진 또 다른 가우시안 빔입니다.
이미지 출처 http://laseristblog.blogspot.com
직장에서 불확실성 원리를 볼 수 있습니다. 빔을 작은 허리에 제한하면 위치의 불확실성이 줄어 듭니다. 따라서 운동량의 불확실성이 증가하므로 발산 각도가 증가합니다.