Lichtwellenfeldes

Lichtwellenfeldes bezeichnet in der Physik das elektromagnetische Feld optischer Strahlung; die gebräuchliche Bezeichnung lautet Lichtwellenfeld. Es beschreibt die räumliche und zeitliche Verteilung der elektrischen und magnetischen Felder, die sich als elektromagnetische Welle ausbreiten. In der klassischen Sicht sind E-Feld und B-Feld transversale Vektorfelder, die Energie und Impuls durch Raum und durch Medium transportieren.

Mathematisch lässt sich ein Lichtwellenfeld als Lösung der Maxwell-Gleichungen darstellen. In einem einfachen, eindimensionalen Fall eines monochromatischen Plane-Waves gilt beispielsweise E(r,t) = Re{E0 ê e^{i(k·r - ωt)}}, B = (1/c) k̂ × E, mit ω = ck und E0 als Amplitude. Die Ausrichtung des E-Feldes relativ zur Ausbreitungsrichtung bestimmt die Polarisation. Die Superposition mehrerer Wellen erzeugt Interferenzmuster und Modulationsformen in Amplitude und Phase.

In der Quantenoptik wird das Lichtfeld quantisiert; die Feldquanten heißen Photonen. Der Feldzustand kann kohärent sein, was der klassischen Vorstellung am nächsten kommt, oder versetzt in Verschränkung und Squeezing auftreten. Messungen des Lichtfeldes liefern Informationen über Amplitude, Phase und Phasenrauschen, wobei der Debate über dem quantenoptischen Hintergrund die Detektion über Photonen zählt.

Anwendungen des Lichtwellenfeldes umfassen die optische Kommunikation, Spektroskopie, Mikrochirurgie, Bildgebung (z. B. Interferometrie, Tomographie) und Quanteninformation. Es bildet die Grundlage sowohl der klassischen Optik als auch der modernen Quantenoptik.