Исследование классических и неклассических корреляций импульсных световых полей

Работа выполнена на кафедре квантовой электроники физического факультетаНа правах рукописиМосковского государственного университета имени М.В. ЛомоносоваНаучный руководитель:Доктор физико-математических наукЧехова Мария ВладимировнаИсхаков Тимур ШамильевичОфициальные оппоненты:Доктор физико-математических наук,профессор Вятчанин Сергей Петрович,ИССЛЕДОВАНИЕ КЛАССИЧЕСКИХ Ифизический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова.НЕКЛАССИЧЕСКИХ КОРРЕЛЯЦИЙ ИМПУЛЬСНЫХДоктор физико-математических наукФофанов Яков Андреевич,СВЕТОВЫХ ПОЛЕЙИнститут аналитического приборостроения РАН.01.04.21 - лазерная физикаВедущая организация: Казанский физико-технический институтимени Е.К. Завойского РАН.АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степениЗащита состоится <<14>> мая 2009 года в 1730 часов на заседаниикандидата физико-математических наукдиссертационного совета Д 501.001.31 при МГУ имени М.В.

Ломоносова поадресу: 119991, ГСП-1 Москва, Ленинские горы, МГУ, дом 1, стр. 62, корпуснелинейной оптики, аудитория имени С.А. Ахманова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ имени М.В. Ломоносова.Автореферат разослан <<___>>____________2009 годаМосква - 2009Ученый секретарь диссертационного советаД 501.001.31, кандидат физ.-мат. наук, доцент2Т.М. ИльиноваКак правило, исследование статистических свойств излучения связано сОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫизмерением нормированных корреляционных функций, но методы измеренияАктуальность темыДиссертационнаяработапосвященаэкспериментальномуисследованиюстатистических свойств импульсных световых полей.

В работе предложен иапробирован метод измерения нормированных корреляционных функцийинтенсивностей (НКФИ) Глаубера в импульсном режиме. Определены иизмерены предельные значения видности в интерференции третьего ичетвертого порядка для классических источников. Исследованы зависимостиосновных статистических характеристик светового поля (нормированныхкорреляционных функций интенсивности и степени двухмодового сжатия) припараметрическом рассеянии света от основных параметров эксперимента.НКФИ для импульсных световых полей не разработаны.

Хотя совпаденияфототсчетов двух или нескольких детекторов регистрируются во многихработах, в том числе и для импульсного излучения, как правило, измеряетсялишь абсолютное число совпадений, а не соотношение между числомсовпадений и числами единичных отсчетов. В некоторых случаях результатизмерения нормируется на число случайных совпадений, которое определяетсякосвенно, по величине корреляций между соседними импульсами излучения.Однако этот метод применим только для излучения с большой (сотни мегагерц)частотой повторения импульсов.Экспериментально наблюдалась значительная степень подавления флуктуацийВ данной работе исследовано влияние на форму корреляционнойнаблюдаемых Стокса относительно уровня дробового шума при регистрациифункции следующих факторов: временного профиля лазерного импульса,сжатого вакуума на выходе однопроходового параметрического усилителя.разрешения схемы совпадений, а также эффекта «мертвого» времени детектора.Появление импульсных лазеров сыграло ключевую роль в развитиилазерной физики и нелинейной оптики.

Концентрация энергии света в короткихимпульсах находит широкое применение как в фундаментальных исследованияхбыстро протекающих процессов, так и в прикладных задачах передачиквантовой информации. Использование импульсного излучения позволяетисследовать широкий круг физических явлений, от эффектов, носящихспонтанный характер и наблюдаемых при слабых интенсивностях (например,спонтанноепараметрическоерассеяниесвета),допроцессов,которыепроисходят только под действием высокой пиковой интенсивности лазерногоизлучения (например, параметрическая сверхлюминесценция). Особый интереспредставляет переход от спонтанного параметрического рассеяния света крежимупараметрическойсверхлюминесценции,статистических свойств излучения при этом переходе.3аименноизменениеРабота в импульсном режиме позволяет избавиться от влияния шумов изначительно повысить эффективность измерений.Вквантовойоптикебольшоевниманиеуделяетсягенерациимногофотонных состояний света.

В большинстве случаев считается, что высокаявидность интерференции интенсивностей служит признаком неклассическогоповедения. В частности, для двухфотонного света видность интерференциивторого порядка равна 100%, в то время как для классических полей пределвидности интерференции второго порядка равен лишь 50%. Поэтому, получаявидность выше чем 50% во втором порядке интерференции, можно говорить онеклассическомхарактереполя.Нопределвидностимногофотоннойинтерференции для классических источников до сих пор не определен, поэтомунет однозначности в определении характера поля по значениям видности. Вработе использовался предложенный в первой главе метод измерения4корреляционных функций импульсных световых полей при исследовании1. Разработка и апробация метода измерения нормированных корреляционныхтрехфотонной интерференции для двух независимых источников с когерентнойфункций интенсивности для импульсного излучения.и квазитепловой статистикой в схеме Юнга.2.

Исследование интерференции Хэнбери Брауна - Твисса высших порядков дляГенерация многофотонных состояний света в большинстве случаевсвязана с процессом СПР. Особенность этого процесса заключается в сильнойкорреляции интенсивностей сигнального и холостого излучения на выходепараметрического усилителя. При регистрации этого излучения нормированнаякорреляционная функция второго порядка по интенсивности принимаетаномально большие значения относительно единичного фонового уровня,соответствующего когерентной статистике поля. При переходе к режимупараметрическойсверхлюминесценции(ПСЛ)исследованиеклассических полей.3. Сравнение двух статистических характеристик светового поля: НКФИ истепенидвухмодовогосжатияприпараметрическомрассеяниисвета.Исследование неклассических корреляций при переходе от спонтанногопараметрического рассеяния к режиму параметрической сверхлюминесценции.4. Исследование поляризационного сжатия на выходе однопроходовогопараметрического усилителя.флуктуацийсветовых полей методом измерения НКФИ значительно усложняется.

Контрастистинных совпадений на фоне случайных практически пропадает. В этом случаекорреляции интенсивностей проявляются при измерении другой характеристики– степени двухмодового сжатия. Свет по-прежнему сохраняет неклассическиесвойства, но теперь они проявляются в подавлении флуктуаций разностнойинтенсивности сигнального и холостого пучков.

Если пучки имеют разныеполяризации, то наблюдается поляризационное сжатие.Практическая ценность диссертации состоит в возможном использованииполученных результатов при реализации фундаментальных и прикладных задачквантовой оптики:●для коммуникации при использовании импульсных световых полей●для абсолютной калибровки аналоговых детекторов●для реализации протоколов квантовой информации с использованиемдискретных и непрерывных переменныхИз всего вышесказанного следует актуальность работы, обусловленнаяфундаментальным интересом к природе корреляций интенсивностей световыхполей классической и неклассической природы. Изложенный материалНаучная новизна связана с тем, что в работе впервые:1.функций Глаубера для импульсных световых полей.охватывает основные методы исследования статистических свойств излучения иможетнайти практическоеприменениевсхемахпередачиквантовойРазработан и применен метод измерения нормированных корреляционных2.Исследована интерференция Хэнбери Брауна - Твисса третьего и четвертогопорядков для классических полей, определены максимальные значенияинформации.видности для когерентных и тепловых полей.Целью диссертационной работы являлось:563.Экспериментально исследована зависимость степени двухмодового сжатияпараметрического преобразования, а с ростом числа регистрируемых модпристепень двухмодового сжатия растет, в то время как НКФИ в обоих случаяхпараметрическомрассеяниисветаотосновныхпараметровэксперимента, в том числе от объема детектирования.4.Наблюдалась значительная степень подавления шума (3 дБ) наблюдаемыхСтокса1.2.относительноуровнядробовогошумавсхемепрямого5.Предложена и реализована экспериментальная схема широкополосногоисточника сжатого вакуума с подавлением флуктуаций произвольногодетектирования сжатого вакуума.параметра Стокса.На защиту выносятся следующие положения:Апробация работы.

Результаты работы прошли апробацию на следующихНормированная корреляционная функция интенсивности (НКФИ) n-гомеждународных и российских конференциях: XII International Conference onпорядка для импульсного светового поля может быть рассчитана приQuantum Optics and Quantum Information (ICQO’2008), Вильнюс, Литва, 20–известном значении среднего числа n-кратных совпадений и средних чисел23 сентября 2008 г; XV Central European Workshop on Quantum Opticsфотоотсчетов в каждом детекторе за время импульса, времени разрешения(CEWQO 2008), Белград, Сербия, 30 мая - 3 июня, 2008 г; XII школа молодыхсхемы совпадений и формы импульса.ученых «Актуальные проблемы физики», Звенигород, Россия, 23-26 ноябряВидность интерференции Хэнбери Брауна - Твисса высших порядков по2008 г; XI международная молодежная научная школа «Когерентная оптикаинтенсивности для двух независимых классических источников растет си оптическая спектроскопия», Казань, Россия, 25 - 27 октября 2007 г; CentralпорядкомвидностьEuropean Workshop on Quantum Optics 2007 (CEWQO 2007), Палермо,источниковИталия, 1- 5 июня 2007 г; International Conference on Coherent and Nonlinearкогерентного поля составляет 81.8% и 94.4%, соответственно, в то время какOptics (ICONO 2007) Минск, Белоруссия, 28 мая – 1 июня 2007; V Семинардля источников теплового поля видность достигает значений 60% и 77.8%,Д.Н.

Клышко, Москва, Россия, 21-23 мая 2007 г; The Conference on Quantumсоответственно.Electronics and Laser Science Conference (QELS 2007), Балтимор, США, 6-11Квантовая эффективность детекторов может быть определена по величинемая 2007 г; XI International Conference on Quantum Optics (ICQO'2006),подавления флуктуаций разностного фототока при регистрации сжатогоМинск, Беларусь, 26-31 мая 2006 г. и др.интерференции.интерференции3.убывает.третьегоТеоретическиичетвертогопоказано,порядковчтодлявакуума на выходе однопроходового параметрического усилителя.4.Степень двухмодового сжатия и НКФИ второго порядка для сжатогоЛичныйвакуумаоригинальнынавыходеоднопроходовогопараметрическогоусилителяпринципиально по-разному зависят от основных параметров эксперимента.Вчастности,двухмодовоесжатие7независитотвкладиавтора.полученыВсеизложенныеавторомвдиссертациисамостоятельно.результатыПостановказадач,интерпретация полученных результатов и формулировка выводов исследованиякоэффициента8осуществлялись совместно с научным руководителем и другими соавторамиОбсуждаются признаки неклассических корреляций, которые удобно наблюдатьпубликаций.в эксперименте.