Учебный эксперимент: Квантовая природа света

Комплект оборудования:

Цель эксперимента: 

Исследование квантовой природы света с помощью пучков фотонов, испускаемых за несколько наносекунд сверхбыстрым светодиодом (LED) и регистрируемых современным детектором — кремниевым фотопомножителем (SiPM).

Основы эксперимента:

В XVII веке начала развиваться концепция волново-корпускулярного дуализма: от волновой природы света, постулированной Гюйгенсом, до фотоэффекта Эйнштейна, который утверждает существование квантов света.

Одним из фундаментальных принципов квантовой механики является принцип дополнительности: каждый квантовый объект обладает одновременно волновыми и корпускулярными свойствами.

С этой точки зрения фотон является одновременно и волной, и частицей, однако эти свойства никогда не могут быть зафиксированы одновременно в одном и том же эксперименте, даже если удаётся обойти принцип неопределённости.

Проведение эксперимента:

Подключите модуль SP5650A к одному из каналов блока SP5600 и соедините его аналоговый выход с каналом 0 дигитайзера DT5720A. Снимите защитные крышки с SP5601 и SP5650A, нанесите оптическую смазку на оба конца оптического волокна и соедините их.

Установите режим внутреннего триггера на модуле SP5601 и подключите его триггерный выход к входу "trigger IN" на DT5720A. Подключите модули к компьютеру через USB и включите питание приборов.

Используйте значения по умолчанию в программном обеспечении или оптимизируйте параметры для регистрации спектра света. В спектре отклика SiPM на световой импульс каждая запись соответствует оцифрованному значению высвобожденного заряда, измеренному интегрированием электрического сигнала в течение заданного временного интервала.

Пики в спектре соответствуют различному количеству сработавших ячеек SiPM, одновременно возбужденных приходящими фотонами.

Блок-схема экспериментальной установки:

Результаты эксперимента:

Данный детектор позволяет поимпульсно считать количество падающих фотонов, что даёт возможность наблюдать, как свет состоит из отдельных фотонов. Кроме того, SiPM измеряет интенсивность света просто по количеству сработавших ячеек.

Спектр фотонов, испускаемых драйвером светодиода и зарегистрированных кремниевым фотоумножителем (SiPM).