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10.2. Propriétés du photon
crée le signal macroscopique continu. Il existe aujourd'hui des photodiodes ayant
des efficacités quantiques supérieures à 90%, autrement dit qui ont 90% de chance
de détecter un photon incident.
• L' œil humain est un remarquable détecteur, car il est sensible à quelques photons :
en effet, connaissant la taille de la pupille, la luminance de sources (comme une
nuit de pleine Lune, ou l'étoile la plus faible visible à l' œil) et le temps de rémanence de l'œil, on trouve qu' une dizaine de photons suffit à former une image
visible.
10.2 PROPRIÉTÉS DU PHOTON
10.2. 1 Énergie et quantité de mouvement
Chaque photon contenu dans un faisceau de lumière monochromatique décrit par une
onde plane de fréquence v et de vecteur d' onde k a une énergie E et une quantité de
mouvement p données par :
E = hv
llpll = h/A
(10.3)
La direction du vecteur p est celle de la direction de propagation de 1 ' onde, et h est
la constante de Planck. On peut aussi écrire la relation plus symétrique :
E=nw
p = nk
(10.4)
À partir de la relation relativiste (7 .55) du chapitre 7 reliant E , p et la masse m de
la particule : E
2 - p
2 c
2
= m
2 c
4 et de la relation w
2
= c
2 k
2 , on déduit que m = O. Le
photon est donc une particule de masse nulle et qui se déplace dans le vide à vitesse
constante, toujours égale à c. Elle est donc à la fois quantique et relativiste.
10.2.2 Processus élémentaires d'émission et d'absorption
de photons
a) Propriété fondamentale
L'interaction entre la lumière et un objet tel qu'un atome, une molécule, un solide,
se fait par processus élémentaires mettant en jeu un seul photon. Il y a conservation
de l'énergie et de la quantité de mouvement dans chaque processus élémentaire. Si
E et p sont l' énergie et la quantité de mouvement de l'objet avant le processus, et E'
et p' l'énergie et de la quantité de mouvement de l'objet après le processus, on peut
écrire, pour un processus d'absorption de la lumière par l'objet (donc d'annihilation
du photon) :
E + hv = E'
p + nk = p'
(10.5)
145
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crée le signal macroscopique continu. Il existe aujourd'hui des photodiodes ayant
des efficacités quantiques supérieures à 90%, autrement dit qui ont 90% de chance
de détecter un photon incident.
• L' œil humain est un remarquable détecteur, car il est sensible à quelques photons :
en effet, connaissant la taille de la pupille, la luminance de sources (comme une
nuit de pleine Lune, ou l'étoile la plus faible visible à l' œil) et le temps de rémanence de l'œil, on trouve qu' une dizaine de photons suffit à former une image
visible.
10.2 PROPRIÉTÉS DU PHOTON
10.2. 1 Énergie et quantité de mouvement
Chaque photon contenu dans un faisceau de lumière monochromatique décrit par une
onde plane de fréquence v et de vecteur d' onde k a une énergie E et une quantité de
mouvement p données par :
E = hv
llpll = h/A
(10.3)
La direction du vecteur p est celle de la direction de propagation de 1 ' onde, et h est
la constante de Planck. On peut aussi écrire la relation plus symétrique :
E=nw
p = nk
(10.4)
À partir de la relation relativiste (7 .55) du chapitre 7 reliant E , p et la masse m de
la particule : E
2 - p
2 c
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= m
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4 et de la relation w
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2 , on déduit que m = O. Le
photon est donc une particule de masse nulle et qui se déplace dans le vide à vitesse
constante, toujours égale à c. Elle est donc à la fois quantique et relativiste.
10.2.2 Processus élémentaires d'émission et d'absorption
de photons
a) Propriété fondamentale
L'interaction entre la lumière et un objet tel qu'un atome, une molécule, un solide,
se fait par processus élémentaires mettant en jeu un seul photon. Il y a conservation
de l'énergie et de la quantité de mouvement dans chaque processus élémentaire. Si
E et p sont l' énergie et la quantité de mouvement de l'objet avant le processus, et E'
et p' l'énergie et de la quantité de mouvement de l'objet après le processus, on peut
écrire, pour un processus d'absorption de la lumière par l'objet (donc d'annihilation
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