Photonen

1 Einleitung.- 2 Historische Meilensteine.- 2.1 Lichtwellen à la Huygens.- 2.2 Newtons Lichtteilchen.- 2.3 Der Youngsche Interferenzversuch.- 2.4 Die Einsteinsche Lichtquantenhypothese.- 3 Grundzüge der klassischen Beschreibung des Lichts.- 3.1 Das elektromagnetische Feld und seine Energie.- 3.2 Intensität und Interferenz.- 3.3 Ausstrahlung.- 3.4 Spektrale Zerlegung.- 4 Quantenmechanische Aussagen über das Licht.- 4.1 Quantenmechanische Unschärfe.- 4.2 Quantelung der elektromagnetischen Energie.- 4.3 Fluktuationen der elektrischen Feldstärke.- 4.4 Kohärente Zustände des Strahlungsfeldes.- 5 Optische Detektoren.- 5.1 Lichtabsorption.- 5.2 Photoelektrischer Nachweis von Licht.- 5.2.1 Messung der mittleren Intensität.- 5.2.2 Nachweis von Schwebungen.- 5.2.3 Messung von Intensitätskorrelationen.- 5.2.4 Registrierung der Ankunftszeit einzelner Photonen.- 5.2.5 Photonenzählung.- 5.3 Photoeffekt und Quantennatur des Lichts.- 6 Spontane Emission.- 6.1 Korpuskulare Züge der Ausstrahlung.- 6.2 Der Wellenaspekt.- 6.3 Paradoxien des Emissionsvorgangs.- 6.4 Komplementarität.- 6.5 Quantenmechanische Beschreibung.- 6.6 Quantenhafte Schwebungen.- 6.7 Parametrische Fluoreszenz.- 6.8 Photonen „in Reinkultur“.- 6.9 Eigenschaften von Photonen.- 7 Interferenz.- 7.1 Strahlteilung.- 7.2 Interferenz des Photons mit sich selbst.- 7.3 Verzögerte Entscheidung.- 7.4 Interferenz zwischen unabhängigen Photonen.- 7.5 Welcher Weg?.- 7.6 Intensitätskorrelationen.- 7.7 Verformung von Photonen.- 8 Photonenstatistik.- 8.1 Messung von Sterndurchmessern.- 8.2 „Anhäufelung“ von Photonen.- 8.3 Zufällige Photonenverteilung.- 8.4 Abstand haltende Photonen.- 9 Gequetschtes Licht.- 9.1 Quadraturkomponenten des Feldes.- 9.2 Erzeugung.- 9.3 Homodyn-Nachweis.- 10 Messung vonVerteilungsfunktionen.- 10.1 Die Quantenphase des Lichts.- 10.2 Realistische Phasenmessung.- 10.3 Rekonstruktion des Zustandes aus Meßdaten.- 11 Ein optisches Einstein-Podolsky-Rosen-Experiment.- 11.1 Die Zwei-Photonen-Kaskade.- 11.2 Das Paradoxon von Einstein, Podolsky und Rosen.- 11.3 Theorien mit verborgenen Parametern.- 11.4 Experimentelle Ergebnisse.- 11.5 Informationsübertragung mit Überlichtgeschwindigkeit?.- 12 Quanten-Kryptographie.- 12.1 Kryptographische Grundprinzipien.- 12.2 Abhörsicherheit und Quantentheorie.- 13 Resümee: Was wissen wir vom Photon?.- A Anhang. Formale Beschreibung.- A.1 Quantisierung eines Ein-Moden-Feldes.- A.2 Einführung und Eigenschaften der kohärenten Zustände.- A.3 Die Weisskopf-Wigner-Lösung für die spontane Emission.- A.4 Theorie der Strahlteilung und optischen Mischung.- A.5 Quantentheorie der Interferenz.- A.6 Theorie des abgeglichenen Homodyn-Nachweises.