fotonerationen

Fotonerationen bezeichnet die Erzeugung von Photonen, den Quanten des Lichts, durch Prozesse in Materie oder in Nichtlinearmedien. Photonen tragen Energie E = hν und Impuls p = hν/c. Generationsmechanismen sind spontane Emission, stimulierte Emission und nichtlineare optische Prozesse. In der Quantenoptik und Photonik werden Photonen gezielt erzeugt, um Eigenschaften wie Frequenz, Polarisation, Kohärenz und Indistinguishbarkeit zu kontrollieren.

Quantenquellen erzeugen einzelne Photonen auf Abruf, etwa durch Quantenpunkte, Farbstaaten in Diamant oder andere luminenteEmitter, oft in Kopplung zu Photonik-Wellenleitern. Durch resonante Anregung oder Sequenzen von Emissionen lassen sich Ausbeute, Wellenlänge, Polarisation und Indistinguishbarkeit steuern. Nichtlineare Prozesse in Kristallen liefern Photonenpaare oder Mehrphotonenströme: Spontanparametrische Down-Conversion (SPDC) und Vierwellenmischung sind verbreitete Methoden in Quantenkommunikation und Verschränkungsexperimenten.

Anwendungen reichen von Quantenkommunikation, Quantenkryptographie und Quantencomputing über hochauflösende Spektroskopie bis hin zu moderner Bildgebung. Zentrale Herausforderungen sind die Erzeugung von hochreinen, indistingubaren Photonen, Verluste beim Kopplung in integrierte Photonik-Chips sowie die Stabilität der Emissionsfrequenzen unter Umweltbedingungen. Techniken wie der Purcell-Effekt, optimierte Kopplung an Mikrosysteme und temperaturkontrollierte Umgebungen verbessern Qualität und Skalierbarkeit der Photonenerzeugung. Historisch leitet sich der Begriff aus Einstein ab, der 1917 die A- und B-Koeffizienten formulierte; die praxisnahe Laserentwicklung begann in den 1960er Jahren.