Datei:Mach-Zehnder photons animation.gif

Aus besserwiki.de

Mach-Zehnder_photons_animation.gif(300 × 220 Pixel, Dateigröße: 110 KB, MIME-Typ: image/gif, Endlosschleife, 100 Bilder, 7,0 s)

Diese Datei stammt aus Wikimedia Commons und kann von anderen Projekten verwendet werden. Die Beschreibung von deren Dateibeschreibungsseite wird unten angezeigt.

Beschreibung

Beschreibung
English: Animation of photons in a Mach–Zehnder interferometer. In the empty interferometer each photon interferes with itself. If a detector is placed in the interferometer, the wavefunction will collapse so that the photon is either detected directly or it will move on and split at the second beam splitter without interference.
Datum
Quelle Eigenes Werk
Urheber user:Geek3
 
Dieser Plot wurde mit Matplotlib erstellt.

Source Code

The image is created by the following python source-code. Requirements:


Python Matplotlib source code
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf8 -*-

from math import *
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.patches import Polygon, Circle, Wedge
from matplotlib import animation
import numpy as np

# settings
fname = 'Mach-Zehnder_photons_animation'
width, height = 300, 220
nframes = 100
nphotons = 12
fps = 15

x0 = 100.5
x1 = 218.5
y0 = 200.5
y1 = 80.5
lx, lw, lh = 5, 46, 21 # laser
dtect = 62.5
t1, t2, tmove = 0.25, 0.9, 0.025
ymove = 24
rp = 2. # photon radius
cp1 = '#ff0000' # photon color
cp2 = '#ffaaaa' # splitphoton color

##
xstart = lx + lw / 2.
dx = x1 - x0
dy = y1 - y0
l = (x0 - xstart) + abs(dx) + abs(dy) + dtect + 2.*rp
xdet0 = (x0 + x1) / 2
fly_frac = 0.7
v = l / fly_frac
tdet0 = (xdet0 + 2.*rp - xstart) / v
tdet12 = l / v

# introduce artificial antibunching for illustration purpose
ptimes = (np.random.random() + np.sort(np.random.random(3*nphotons))[::3]) % 1

photons = [{} for i in range(nphotons)]
for i, p in enumerate(photons):
    p['t0'] = ptimes[i]
    if t1 <= (p['t0'] + tdet0) % 1 and (p['t0'] + tdet0) % 1 <= t2:
        # photon sees first detector
        if np.random.randint(2) == 0:
            # photon hits extra detector
            p['arm'] = 'none'
            p['det'] = 0
        else:
            # photon escapes first detector
            p['arm'] = 'lower'
            # => random detection at second beam splitter
            if np.random.randint(2) == 0:
                p['det'] = 1
            else:
                p['det'] = 2
    else:
        # photon sees standard Mach-Zehnder interferometer
        p['arm'] = 'both'
        p['det'] = 1
    
    if p['det'] == 0:
        p['tdet'] = (p['t0'] + tdet0) % 1
    else:
        p['tdet'] = (p['t0'] + tdet12) % 1
    p['click_frame'] = int(round(p['tdet'] * nframes)) % nframes

plt.close('all')
mpl.rc('path', snap=False)

def animate(nframe):
    # prepare a clean and image-filling canvas for each frame
    plt.clf()
    fig.gca().set_position((0, 0, 1, 1))
    plt.xlim(0, width)
    plt.ylim(0, height)
    plt.axis('off')
    
    t = float(nframe) / nframes
    
    # photons
    for p in photons:
        s0 = v * ((t - p['t0']) % 1)
        if s0 > l:
            continue
        s = s0 + start - x0
        if s <= 0:
            # from laser to first beam splitter
            x, y = x0 + s, y0
            fig.gca().add_patch(Circle((x, y), rp, color=cp1))
        elif s <= abs(dx) + abs(dy):
            # in the interferometer
            if s < abs(dx):
                xu, yu = x0 + copysign(s, dx), y0
            else:
                xu, yu = x1, y0 + copysign(s - abs(dx), dy)
            if s < abs(dy):
                xd, yd = x0, y0 + copysign(s, dy)
            else:
                xd, yd = x0 + copysign(s - abs(dy), dx), y1
                
            if s < xdet0 - x0 or p['arm'] == 'both':
                fig.gca().add_patch(Circle((xu, yu), rp, color=cp2))
                fig.gca().add_patch(Circle((xd, yd), rp, color=cp2))
            elif p['arm'] == 'lower':
                fig.gca().add_patch(Circle((xd, yd), rp, color=cp1))
        else:
            # after the interferometer
            x, y = x1 + (s - abs(dx) - abs(dy)), y1
            if p['arm'] == 'both':
                fig.gca().add_patch(Circle((x, y), rp, color=cp1))
            elif p['arm'] == 'lower':
                fig.gca().add_patch(Circle((x, y), rp, color=cp2))
                x, y = x1, y1 - (s - abs(dx) - abs(dy))
                fig.gca().add_patch(Circle((x, y), rp, color=cp2))
    
    
    # laser
    fig.gca().add_patch(
        Polygon([[lx, y0-lh/2.], [lx, y0+lh/2.],
                 [lx+lw, y0+lh/2.], [lx+lw, y0-lh/2.]],
            closed=True, facecolor='#cccccc', edgecolor='black'))
    plt.text(lx+lw/2., y0-2, 'laser', fontsize=12,
        horizontalalignment='center', verticalalignment='center')
    
    # beam splitters
    b = 12
    fig.gca().add_patch(
        Polygon([[x0-b, y0+b], [x0+b, y0+b], [x0+b, y0-b],
                 [x0-b, y0-b], [x0-b, y0+b], [x0+b, y0-b]],
            closed=True, facecolor='#88aadd', edgecolor='black',
            linewidth=2, alpha=0.4))
    fig.gca().add_patch(
        Polygon([[x1-b, y1+b], [x1+b, y1+b], [x1+b, y1-b],
                 [x1-b, y1-b], [x1-b, y1+b], [x1+b, y1-b]],
            closed=True, facecolor='#88aadd', edgecolor='black',
            linewidth=2, alpha=0.4))
    
    # mirrors
    m, mw = 12, 4
    fig.gca().add_patch(
        Polygon([[x1-m+mw/2., y0+m+mw/2.], [x1+m+mw/2., y0-m+mw/2.]],
            closed=False, edgecolor='#555555', linewidth=mw))
    fig.gca().add_patch(
        Polygon([[x0-m-mw/2., y1+m-mw/2.], [x0+m-mw/2., y1-m-mw/2.]],
            closed=False, edgecolor='#555555', linewidth=mw))
    
    # detectors
    c_off = '#cccccc'
    c_on = '#cc0000'
    c0 = c1 = c2 = c_off
    for p in photons:
        if p['click_frame'] == nframe:
            if p['det'] == 0: c0 = c_on
            if p['det'] == 1: c1 = c_on
            if p['det'] == 2: c2 = c_on
    if t1 <= t and t <= t2:
        yd = y0
    else:
        yd = y0 - min((t1-t)%1, tmove, (t-t2)%1) * ymove / float(tmove)
    fig.gca().add_patch(mpl.patches.Wedge((xdet0, yd), b, 270, 90, fc=c0))
    fig.gca().add_patch(mpl.patches.Wedge((x1 + dtect, y1), b, 270, 90, fc=c1))
    fig.gca().add_patch(mpl.patches.Wedge((x1, y1 - dtect), b, 180, 0, fc=c2))

fig = plt.figure(figsize=(width/100., height/100.))
anim = animation.FuncAnimation(fig, animate, frames=nframes)
anim.save(fname + '.gif', writer='imagemagick', fps=fps)

Postprocessing with gifsicle:

gifsicle -k 64 --background="#ffffff" -O3 --careful -i < Mach-Zehnder_photons_animation.gif > Mach-Zehnder_photons_animation_.gif

Lizenz

Ich, der Urheberrechtsinhaber dieses Werkes, veröffentliche es hiermit unter der folgenden Lizenz:
GNU head Es ist erlaubt, die Datei unter den Bedingungen der GNU-Lizenz für freie Dokumentation, Version 1.2 oder einer späteren Version, veröffentlicht von der Free Software Foundation, zu kopieren, zu verbreiten und/oder zu modifizieren; es gibt keine unveränderlichen Abschnitte, keinen vorderen und keinen hinteren Umschlagtext.

Der vollständige Text der Lizenz ist im Kapitel GNU-Lizenz für freie Dokumentation verfügbar.

w:de:Creative Commons
Namensnennung
Diese Datei ist unter der Creative-Commons-Lizenz „Namensnennung 3.0 nicht portiert“ lizenziert.
Dieses Werk darf von dir
  • verbreitet werden – vervielfältigt, verbreitet und öffentlich zugänglich gemacht werden
  • neu zusammengestellt werden – abgewandelt und bearbeitet werden
Zu den folgenden Bedingungen:
  • Namensnennung – Du musst angemessene Urheber- und Rechteangaben machen, einen Link zur Lizenz beifügen und angeben, ob Änderungen vorgenommen wurden. Diese Angaben dürfen in jeder angemessenen Art und Weise gemacht werden, allerdings nicht so, dass der Eindruck entsteht, der Lizenzgeber unterstütze gerade dich oder deine Nutzung besonders.
Du darfst es unter einer der obigen Lizenzen deiner Wahl verwenden.

Kurzbeschreibungen

Ergänze eine einzeilige Erklärung, was diese Datei darstellt.

In dieser Datei abgebildete Objekte

Motiv

image/gif

Dateiversionen

Klicke auf einen Zeitpunkt, um diese Version zu laden.

Version vomVorschaubildMaßeBenutzerKommentar
aktuell12:30, 22. Aug. 2015Vorschaubild der Version vom 12:30, 22. Aug. 2015300 × 220 (110 KB)wikimediacommons>Geek3{{Information |Description ={{en|1=Animation of photons in a en:Mach–Zehnder interferometer. In the empty interferometer each photon interferes with itself. If a detector is placed in the...

Die folgenden 2 Seiten verwenden diese Datei:

Metadaten