Перейти на страницу файла на Викискладе

Файл:Mach-Zehnder photons animation.gif

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Mach-Zehnder_photons_animation.gif(300 × 220 пкс, размер файла: 110 КБ, MIME-тип: image/gif, закольцованный, 100 фреймов, 7,0 с)

Краткое описание

Описание
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.
Дата
Источник Собственная работа
Автор user:Geek3
 
Это plot было создано с помощью Matplotlib.

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

Лицензирование

Я, владелец авторских прав на это произведение, добровольно публикую его на условиях следующих лицензий:
GNU head Разрешается копировать, распространять и/или изменять этот документ в соответствии с условиями GNU Free Documentation License версии 1.2 или более поздней, опубликованной Фондом свободного программного обеспечения, без неизменяемых разделов, без текстов, помещаемых на первой и последней обложке. Копия лицензии включена в раздел, озаглавленный GNU Free Documentation License.
w:ru:Creative Commons
атрибуция
Этот файл доступен по лицензии Creative Commons Attribution 3.0 Unported
Вы можете свободно:
  • делиться произведением – копировать, распространять и передавать данное произведение
  • создавать производные – переделывать данное произведение
При соблюдении следующих условий:
  • атрибуция – Вы должны указать авторство, предоставить ссылку на лицензию и указать, внёс ли автор какие-либо изменения. Это можно сделать любым разумным способом, но не создавая впечатление, что лицензиат поддерживает вас или использование вами данного произведения.
Вы можете выбрать любую из этих лицензий.

Краткие подписи

Добавьте однострочное описание того, что собой представляет этот файл

Элементы, изображённые на этом файле

изображённый объект

image/gif

История файла

Нажмите на дату/время, чтобы посмотреть файл, который был загружен в тот момент.

Дата/времяМиниатюраРазмерыУчастникПримечание
текущий10:30, 22 августа 2015Миниатюра для версии от 10:30, 22 августа 2015300 × 220 (110 КБ)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...

Следующая страница использует этот файл:

Глобальное использование файла

Данный файл используется в следующих вики:

Метаданные