1.2: Teoría Electromagnética de la Óptica y Óptica Cuántica
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Las ecuaciones de Maxwell proporcionan una descripción muy completa de la luz, que incluye difracción, interferencia y polarización. Sin embargo, en sentido estricto no es completamente preciso, ya que permite que las ondas electromagnéticas monocromáticas transporten cualquier cantidad de energía, mientras que según la óptica cuántica la energía se cuantifica. Según la óptica cuántica, la luz es un flujo de partículas sin masa, los fotones, cada uno de los cuales lleva un cuántico de energía extremadamente pequeño: ~ ω, donde ~ = 6.63 × 10 −34/(2π) Js y ν es la frecuencia, que para la luz visible es del orden de 5 × 10 14 Hz. De ahí que ~ ω ≈ 3.3 × 10 −19 J.
La óptica cuántica solo es importante en experimentos que involucran un pequeño número de fotones, es decir, a intensidades de luz muy bajas y para estados fotones especialmente preparados (por ejemplo, estados enredados) para los cuales no existe una descripción clásica. En casi todas las aplicaciones de la óptica las fuentes de luz emiten tantos fotones que los efectos cuánticos son irrelevantes ver Figura 1.2.1
| Fuente de luz | Número de fotones/s.m2 |
|---|---|
| Haz láser (10m W, He-Ne, enfocado a 20 µm) | 10 26 |
| Haz láser (1 mW, He-Ne) | 10 21 |
| Luz solar brillante en la tierra | 10 18 |
| Nivel de luz interior | 10 16 |
| Crepúsculo | 10 14 |
| Luz de luna en la tierra | 10 12 |
| Starlight en la tierra | 10 10 |
Tabla\(\PageIndex{1}\): Densidad media de flujo de fotones para algunas fuentes comunes
La parte visible es solo una pequeña parte del espectro electromagnético general (ver Figura 1.2.1). Sin embargo, los resultados que derivaremos son generalmente válidos para ondas electromagnéticas de cualquier frecuencia.