２０２４－０５－０５の投稿「初心に返って光とは何か３：光学遷移の自然幅の古典モデル」で、量子場光学での１光子レベルの光波束は進行方向を として、次のような指数関数的に変化する振動波形と考えられるとした。すなわち、簡単のため空間について１次元で考えることにする。
この波束の波数分布は 変換により求まるが、
分布となる。すなわち、波数が
分布に従って少しずつ重なる平面波を重ね合わせる光波束をイメージすることになるとした。
さらに、気体中のランダムに運動する原子で散乱されると シフトが生じて線幅が自然幅よりも拡がると共に同様の
分布となるが、散乱回数が少ないと上の波形と下の波形の中間の波形になると思われると述べた。
また、２０２３－１０－０４の投稿「量子場光学から見たガラス板について」でガラス板を構成する原子に束縛された電子は多数であり、多数回の光の弾性散乱が起こることでガラス板が位相遅延板として機能することを下図を用いて示した。
今回は、上図の光子の素励起情報の入射波動Ａに対応する１光子レベルの光波束とガラス板内の電子１及び電子２で位相が遅延した光子の素励起情報の通過波動Ｂに対応する光波束とを重ね合わせるとどうなるかをイメージで示してみる。 上の
を用いてイメージを下図のように作成してみた。なお、１次元で考えているので、弾性散乱といっても前後方向に散乱するしか考えない。
そして、さらに３つの光波束を重ねる次のようになる。ちょっと 波束に近づいてきた気がする。なお、１次元とはいえ、もっとも正確には散乱効率を組み入れて計算する必要があるが、じゃまくさいのでこれぐらいにしておく。あくまでざっくりとした話である。また、気が向いたらじっくりと考えてみたい。
そういう訳でこれはあくまでイメージ図であるが、波束の振動波形の位相と振幅にノイズが生じているのがわかると思う。ガラス板を構成する原子でランダムに多数回弾性散乱された多数の光波束を重ね合わせていわゆるアンサンブル平均をとると、たぶん位相と振幅の両方にノイズが重畳した 波束になるように推測される。そして、このノイズが応用において弊害になる可能性があるので、応用の仕方にもよるが場合によっては対策が必要になるかもしれない。これが、２０２４－０５－０５の投稿「初心に返って光とは何か３：光学遷移の自然幅の古典モデル」で、気体中のランダムに運動する原子で散乱された光波束は位相情報もランダムな影響を受けてしまっていて上から２つ目の図のようなきれいな
分布の振動波形とはならないと考えられ、さらに言えば、その
分布様となった光波束はアンサンブル平均の結果となると述べたことに対する追加説明である。
ついでに参考として５つの光波束を重ねた図も示しておく。
そして、自仮説の量子場光学では、多数の光波束から得られる統計的な性質ではなく１光子レベルの光波束自体に着目しているので、指数関数的に変化する振動波形を敢えて採用することとした。
今回の投稿内容はかなり大雑把でええ加減な内容だが、それでも既存の量子光学を補う考え方として量子場光学の存在意義があるのではないかと期待したい。。。とかなんとかトンデモなことを言っているが、一番嬉しいのは が図作成ではあるがちょっとは役に立って使えるようになってきたことだ。本当は作成ではなくて数値計算に使えるようになるともっと嬉しいのだが。。。その意味で
表示がうまく利用できたらと思うのだが、量子場光学との相性が良くなさそうだ。。。
