Автореферат (Генерация, передача и хранение широкополосного яркого излучения в квантовой оптике и квантовой информатике), страница 6

Ò.î. äëÿ èìïóëüñà ïðîèçâîëüíîé ôîðìû (â íåîäíîìîäîâîé ñèòóàöèè) íå äîñòàòî÷íî îáåñïå÷èòü âûñîêóþ ýôôåêòèâíîñòü ïàìÿòè, ÷òîáûãîâîðèòü î ñîõðàíåíèè êâàíòîâîãî ñîñòîÿíèÿ ñâåòà. Çàêëþ÷åíèè ñôîðìóëèðîâàíû îñíîâíûå ðåçóëüòàòû, ïîëó÷åííûå â ðàáîòå: äàííîé äèññåðòàöèîííîé ðàáîòå ìû òåîðåòè÷åñêè ðàññìîòðåëè êîìïëåêñ âîïðîñîâ, êàñàþùèõñÿ ãåíåðàöèè ÿðêîãî øèðîêîïîëîñíîãî íåêëàññè÷åñêîãî ñâåòà, åãî èñïîëüçîâàíèÿ â êâàíòîâûõ èíôîðìàöèîííûõ êàíàëàõ, à òàêæå âîçìîæíîñòè åãî õðàíåíèÿ âÿ÷åéêàõ êâàíòîâîé ïàìÿòè. Áûë ïîëó÷åí ðÿä ðåçóëüòàòîâ, èç êîòîðûõ ãëàâíûìè ÿâëÿþòñÿ ñëåäóþùèå.Îñíîâíûå ðåçóëüòàòû ðàáîòû, îòíîñÿùèåñÿ ê ãåíåðàöèè ÿðêîãî øèðîêîïîëîñíîãî íåêëàññè÷åñêîãî ñâåòà:1.1 Ïîñòðîåíà êâàíòîâàÿ òåîðèÿ âèêñåëà ñ ó÷åòîì äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ è äèõðîèçìà âàêòèâíîé ñðåäå.

Ïîêàçàíî, ÷òî äëÿ êîððåêòíîãî àíàëèçà êâàíòîâî-ñòàòèñòè÷åñêèõñâîéñòâ èçëó÷åíèÿ âèêñåëà íåîáõîäèìî ñëåäèòü íå òîëüêî çà ãåíåðèðóþùåé íàäïîðîãîâîé ìîäîé, íî è çà ïîäïîðîãîâîé íà òîé æå ÷àñòîòå ñ îðòîãîíàëüíîé ïîëÿðèçàöèåé.Ïðåäñêàçàí ýôôåêò ïîëÿðèçàöèîííîãî ñæàòèÿ â ýòîé ñèñòåìå.1.2 Ïðîàíàëèçèðîâàíû äèíàìè÷åñêèå è êâàíòîâî-ñòàòèñòè÷åñêèå ñâîéñòâà èçëó÷åíèÿâèêñåëà äëÿ äâóõ êîíôèãóðàöèé (ñîîòâåòñòâóþùèõ ðàçëè÷íîìó ñîîòíîøåíèþ ìåæäóðåëàêñàöèîííûìè êîíñòàíòàìè), âñòðå÷àþùèõñÿ â ýêñïåðèìåíòàõ.

Ïîêàçàíî, ÷òî ýôôåêòèâíîñòü ïîëÿðèçàöèîííîãî ñæàòèÿ â ëàçåðå ñ êîðîòêî æèâóùèì íèæíèì óðîâíåì çíà÷èòåëüíî âûøå, ÷åì â ëàçåðå ñ îäèíàêîâûìè âðåìåíàìè æèçíè óðîâíåé: â25ïîñëåäíåì ñëó÷àå ìàêñèìàëüíî äîñòèæèìî ïîäàâëåíèå äðîáîâîãî øóìà íàïîëîâèíó,â òî âðåìÿ êàê â ëàçåðå ñ êîðîòêî æèâóùèì íèæíèì óðîâíåì âîçìîæíî îáåñïå÷èòü ïîëíîå ïîäàâëåíèå äðîáîâîãî øóìà íà íèçêèõ ÷àñòîòàõ.

Êðîìå òîãî ýôôåêòïåðåâîðà÷èâàíèÿ ñïèíà, ïðèñóùèé ýòèì ñèñòåìàì, ñóùåñòâåííî óõóäøàåò ñòàòèñòèêó èçëó÷åíèÿ â ëàçåðå ñ îäèíàêîâûìè âðåìåíàìè æèçíè óðîâíåé, è íå âíîñèò âêëàäâ ôëóêòóàöèè ïîëíîãî ÷èñëà ôîòîíîâ è ïàðàìåòðà Ñòîêñà S1 äëÿ ëàçåðà ñ êîðîòêîæèâóùèì íèæíèì óðîâíåì.1.3 Ïðîäåìîíñòðèðîâàíà íåñîñòîÿòåëüíîñòü ôåíîìåíîëîãè÷åñêîé ìîäåëè ïðè îïèñàíèèøóìîâ èçëó÷åíèÿ âèêñåëà. Ïîêàçàíî, ÷òî â òî âðåìÿ êàê äàííàÿ ìîäåëü àäåêâàòíî îïèñûâàåò äèíàìèêó èçëó÷åíèÿ âèêñåëà, êâàíòîâî-ñòàòèñòè÷åñêèå àñïåêòû èçëó÷åíèÿ, ðàññ÷èòàííûå c ïîìîùüþ êâàíòîâîé ìîäåëè, îòëè÷àþòñÿ îò ïðåäñêàçàíèé,ïîëó÷åííûõ â ðàìêàõ ôåíîìåíîëîãè÷åñêîé ìîäåëè.

Ðàñõîæäåíèå ñâÿçàíî ñ ïîòåðåéâêëàäîâ îò èñòî÷íèêîâ øóìà, ñâÿçàííûõ ñ çàñåëåííîñòÿìè ïîäóðîâíåé.1.4 Òåîðåòè÷åñêè èññëåäîâàíà ìîäåëü âíóòðèðåçîíàòîðíîãî íàäïîðîãîâîãî òðåõìîäîâîãî (ìîäà íàêà÷êè, ñèãíàëüíàÿ è õîëîñòàÿ ìîäû) íåâûðîæäåííîãî ïàðàìåòðè÷åñêîãîãåíåðàòîðà ñâåòà â óñëîâèÿõ èíæåêöèè â ñèãíàëüíóþ è õîëîñòóþ ìîäû ñëàáîãî âíåøíåãî ñèíõðîíèçèðóþùåãî ïîëÿ. Íà îñíîâå àíàëèçà ðàñïðåäåëåíèÿ êâàçè-âåðîÿòíîñòåéÃëàóáåðà áûëè èçó÷åíû êâàíòîâî-ñòàòèñòè÷åñêèå îñîáåííîñòè èçëó÷åíèÿ ãåíåðàòîðàâ çàâèñèìîñòè îò ìîùíîñòè ïîëÿ íàêà÷êè.

Ïîêàçàíî, ÷òî ïðè çíà÷èòåëüíîì ïðåâûøåíèè ìîùíîñòüþ íàêà÷êè ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ, ñèãíàëüíàÿ è õîëîñòàÿ âîëíûîêàçûâàþòñÿ àìïëèòóäíî-ñæàòûìè íàïîëîâèíó ïî ñðàâíåíèþ ñ êîãåðåíòíûì ñîñòîÿíèåì. Ñæàòèå ìîæíî íàáëþäàòü è â âîëíå íàêà÷êè, îäíàêî ýòî íå àìïëèòóäíîå, àôàçîâîå ñæàòèå, ýôôåêòèâíîå ïðè ïðîìåæóòî÷íûõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðà íàêà÷êè.Ïðè íåáîëüøîì ïðåâûøåíèè ïîðîãà, ñèãíàëüíàÿ è õîëîñòàÿ âîëíû îêàçûâàþòñÿ âïåðåïóòàííîì ñîñòîÿíèè.1.5 Ìû îáñóäèëè äëÿ ïàðàìåòðè÷åñêîãî ãåíåðàòîðà âîçìîæíîñòü íàáëþäåíèÿ òðåõ, äâóõè îäíîé ìîäû.

 ñîîòâåòñòâèå ñ ýòèì òåîðèÿ äàåò âîçìîæíîñòü çàïèñàòü ðàçëè÷íûåêîâàðèàöèîííûå ìàòðèöû ðàçìåðíîñòè 6×6, 4×4, è 2×2. Îíè îïðåäåëÿþòñÿ ïîäõîäÿùèì íàáîðîì ñïåêòðàëüíûõ êâàäðàòóðíûõ êîìïîíåíò ïîëÿ. Íà ýòîé îñíîâå ìûîáñóäèëè âîïðîñ î ÷èñòîòå êâàíòîâîãî ñîñòîÿíèÿ èçëó÷àåìîãî ïîëÿ, à òàêæå î ñïåêòðàëüíîé ñòåïåíè ÷èñòîòû, ò.å. î ÷èñòîòå ñîñòîÿíèÿ âûäåëåííîé ïàðû îñöèëëÿòîðîâ ñ÷àñòîòàìè ω0 ±ω , ñèììåòðè÷íî ðàñïîëîæåííûìè îòíîñèòåëüíî ìîäîâîé ÷àñòîòû.

Ìû26ïîêàçàëè, ÷òî ïðè èññëåäîâàíèè ìíîãîìîäîâûõ ïîëåé ñâÿçü ìåæäó êîâàðèàöèîííîéìàòðèöåé è ñïåêòðàëüíîé ñòåïåíüþ ÷èñòîòû äîëæíà îïðåäåëÿòüñÿ èç óñëîâèé íàáëþäåíèÿ, ïîñêîëüêó ìíîãîìîäîâàÿ ïîñòàíîâêà çàäà÷è äîïóñêàåò ïîñòðîåíèå ðàçëè÷íûõêîâàðèàöèîííûõ ìàòðèö. Ïîêàçàíî, ÷òî ðàññìàòðèâàåìûå ïîäñèñòåìû (âûäåëåííûåïàðû îñöèëëÿòîðîâ) ìîãóò îêàçûâàòüñÿ â ñóùåñòâåííî ñìåøàííîì ñîñòîÿíèè âáëèçè ïîðîãà ãåíåðàöèè.  òî æå âðåìÿ îêàçàëîñü, ÷òî ñïåêòðàëüíàÿ ñòåïåíü ÷èñòîòûïðè äâóõìîäîâîì íàáëþäåíèè (ò.å. ïðè íàáëþäåíèè òîëüêî çà ñèãíàëüíîé è õîëîñòîéâîëíàìè, èñêëþ÷àÿ èç ðàññìîòðåíèÿ âîëíó íàêà÷êè) âñåãäà âûøå, ÷åì ïðè íàáëþäåíèè çà ïîëíîé ñèñòåìîé, ÷òî îïðåäåëÿåòñÿ íàëè÷èåì êâàíòîâûõ êîððåëÿöèé ìåæäóïîäñèñòåìàìè.1.6 Èññëåäîâàíû êâàíòîâî-ñòàòèñòè÷åñêèå ñâîéñòâà èçëó÷åíèÿ ñóáïóàññîíîâñêîãî ëàçåðàñ ôàçîâîé ñèíõðîíèçàöèåé âíåøíèì ïîëåì.

Ñóáïóàññîíîâñêèé ëàçåð, ñèíõðîíèçèðîâàííûé äîñòàòî÷íî ñëàáûì êîãåðåíòíûì âíåøíèì ýëåêòðîìàãíèòíûì ïîëåì, îñòàåòñÿ ýôôåêòèâíûì èñòî÷íèêîì íåêëàññè÷åñêîãî ñâåòà, îäíàêî îáíàðóæèâàåò óæåíå ñóáïóàññîíîâñêóþ ñòàòèñòèêó, à àìïëèòóäíîå ñæàòèå, ïîñêîëüêó äèôôóçèÿ ôàçûîêàçûâàåòñÿ ïîëíîñòüþ ïîäàâëåííîé. Âñòàåò âîïðîñ î ñîâìåñòèìîñòè òðåáîâàíèé êâíåøíåìó ñèíõðîíèçèðóþùåìó ïîëþ: ñ îäíîé ñòîðîíû îíî äîëæíî áûòü äîñòàòî÷íîñëàáûì, ÷òîáû íå íàâÿçàòü ñîáñòâåííóþ êîãåðåíòíóþ ñòàòèñòèêó èçëó÷åíèþ ëàçåðàè íå ðàçðóøèòü åãî êâàíòîâûå îñîáåííîñòè, ñ äðóãîé - ïîëå äîëæíî îáåñïå÷èòü ýôôåêòèâíûé çàõâàò ôàçû.

Ìû ïîêàçàëè, ÷òî äàííûå òðåáîâàíèÿ íå ïðîòèâîðå÷èâû.Ñòåïåíü ñæàòèÿ àìïëèòóäíîé êâàäðàòóðû îãðàíè÷èâàåòñÿ ñòåïåíüþ ðåãóëÿðíîñòèíàêà÷êè, à â ñëó÷àå ïîëíîñòüþ ðåãóëÿðíîé íàêà÷êè - ìîùíîñòüþ ñèíõðîíèçèðóþùåãî ïîëÿ. Ïàðàëëåëüíî ñ ÑÏË èññëåäîâàíû ïðåäåëüíûå âîçìîæíîñòè ãåíåðàöèèôàçîâî-ñæàòîãî ñâåòà ïðè ðàáîòå ÂÏÃÑ âûøå ïîðîãà ãåíåðàöèè; ïîêàçàíî, ÷òî ñòåïåíü ñæàòèÿ îãðàíè÷èâàåòñÿ òîëüêî ýêñïåðèìåíòàëüíûìè âîçìîæíîñòÿìè ïðèáëèæåíèÿ ê ïîðîãó ãåíåðàöèè.1.7 Äëÿ òîãî ÷òîáû óâåëè÷èòü åìêîñòü èíôîðìàöèîííûõ êàíàëîâ, íåîáõîäèìî çàäåéñòâîâàòü íå òîëüêî ïðîäîëüíóþ êîîðäèíàòó è âðåìÿ, íî è ïîïåðå÷íûå êîîðäèíàòû.

Äëÿïîñòðîåíèÿ òàêîãî êàíàëà ìû èñïîëüçóåì ïèêñåëüíûé èñòî÷íèê, ñôîðìèðîâàííûéêàê ñîâîêóïíîñòü òî÷å÷íûõ èñòî÷íèêîâ ñæàòîãî ñâåòà (ÑÏË èëè ÂÏÃÑ), ðàñïîëîæåííûõ ïåðèîäè÷åñêè íà íåêîòîðîé ïëîñêîñòè. Ìû ïîêàçàëè, ÷òî òàêîé èñòî÷íèêãåíåðèðóåò ñâåò, ñæàòûé íå òîëüêî âî âðåìåíè, êàê îò èíäèâèäóàëüíîãî ïèêñåëà, íî27è â ïðîñòðàíñòâå. Ìû ïîêàçàëè, ÷òî ñòðóêòóðà ïðîñòðàíñòâåííîãî ñïåêòðà ôëóêòóàöèé èçëó÷åíèÿ ïèêñåëüíîãî èñòî÷íèêà, ñîñòîÿùåãî èç îòíîñèòåëüíî áîëüøîãî ÷èñëàïèêñåëîâ, ìíîãî áîãà÷å, ÷åì äëÿ îäíîãî ïèêñåëà. Âìåñòî îäíîãî ïðîâàëà íèæå óðîâíÿ äðîáîâîãî øóìà, ëîêàëèçîâàííîãî â îêðåñòíîñòè íóëåâîé ÷àñòîòû, ïîÿâëÿåòñÿãðåáåíêà ïîäîáíûõ ïðîâàëîâ íà ðàçíûõ ÷àñòîòàõ, ÷èñëî è ïîëîæåíèå êîòîðûõ îïðåäåëÿåòñÿ ãåîìåòðèåé îïûòà.1.8 Ïðè îáñóæäåíèè ïðîñòðàíñòâåííî-ìíîãîìîäîâîãî èñòî÷íèêà ÿðêîãî êîãåðåíòíîãî èçëó÷åíèÿ íàìè ïðåäëîæåíà èçìåðèòåëüíàÿ ïðîöåäóðà, êîòîðàÿ ìîæåò ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê àëüòåðíàòèâà óíèâåðñàëüíîìó ïîäõîäó ãîìîäèííîãî äåòåêòèðîâàíèÿ.

Êàêè ãîìîäèííîå èçìåðåíèå, îíà ïîçâîëÿåò ñëåäèòü çà ëþáîé êâàäðàòóðîé ñèãíàëüíîãî ïîëÿ. Ïðè ýòîì, ïðîöåäóðà ãîìîäèíèðîâàíèÿ òðåáóåò òî÷íîãî ñîãëàñîâàíèÿïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîãî ïðîôèëÿ èññëåäóåìîãî ñèãíàëà è ëîêàëüíîãî îñöèëëÿòîðà, ÷òî çà÷àñòóþ ÿâëÿåòñÿ âåñüìà òðóäíî îñóùåñòâèìîé ýêñïåðèìåíòàëüíîé çàäà÷åé. Ïðåäëàãàåìûé íàìè ïîäõîä ïîçâîëÿåò îáîéòè ýòî çàòðóäíåíèå.Îñíîâíûå ðåçóëüòàòû ðàáîòû, îòíîñÿùèåñÿ ê èñïîëüçîâàíèþ øèðîêîïîëîñíîãîíåêëàññè÷åñêîãî ñâåòà â êâàíòîâûõ èíôîðìàöèîííûõ êàíàëàõ:2.1 Ïðîòîêîë êâàíòîâîãî ïëîòíîãî êîäèðîâàíèÿ â íåïðåðûâíûõ ïåðåìåííûõ îáîáùåííà ñëó÷àé ïðîñòðàíñòâåííî ìíîãîìîäîâûõ ïîëåé. Ìû ïîêàçàëè, ÷òî ìíîãîìîäîâûéêâàíòîâûé êîììóíèêàöèîííûé êàíàë îáëàäàåò çíà÷èòåëüíî áîëåå âûñîêîé ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòüþ áëàãîäàðÿ ïðèñóùåé åìó ïðèðîäå îïòè÷åñêîãî ïàðàëëåëèçìà.

Èññëåäîâàíà ðîëü äèôðàêöèè è ðàññìàòðèâàåìîé ñõåìå è ïîêàçàíî, êàê ìîæíî îïòèìèçèðîâàòü åå ðàáîòó. Ìû ïðîäåìîíñòðèðîâàëè, ÷òî â îòëè÷èå îò êëàññè÷åñêîãî êàíàëàïåðåäà÷è èíôîðìàöèè, â êâàíòîâîì êàíàëå ñóùåñòâóåò îïòèìàëüíîå çíà÷åíèå ïðîñòðàíñòâåííîé ïëîòíîñòè ýëåìåíòîâ èçîáðàæåíèÿ, ñîîòâåòñòâóþùåå ïðîñòðàíñòâåííîé ïîëîñå ñæàòèÿ/ïåðåïóòûâàíèÿ ñâåòà íà âõîäå êàíàëà.2.2 Ïîêàçàíî, ÷òî ïðè èñïîëüçîâàíèè øèðîêîïîëîñíîãî ñâåòà èíôîðìàöèîííàÿ åìêîñòüñîîòâåòñòâóþùåãî êàíàëà ñâÿçè ìîæåò ïðåâûøàòü åìêîñòü êëàññè÷åñêîãî êàíàëà áîëåå, ÷åì â 2 ðàçà.

Ôàêòè÷åñêè, èñïîëüçîâàíèå ìíîãîìîäîâîãî ñâåòà â ïðîòîêîëå êâàíòîâîãî ïëîòíîãî êîäèðîâàíèÿ ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ äîïîëíèòåëüíîé ñòåïåíèñâîáîäû: ìû èìååì âîçìîæíîñòü âàðüèðîâàòü ñîîòíîøåíèå âðåìåíè êîãåðåíòíîñòèíåêëàññè÷åñêîãî ñâåòà è ñèãíàëà Àëèñû. Ïðè îäíîìîäîâîé ïîñòàíîâêå çàäà÷è, êîãäà28êîððåêòíîå ââåäåíèå ýòèõ ïàðàìåòðîâ íåâîçìîæíî, ìû îãðàíè÷åíû ñëó÷àåì ðàâåíñòâà âðåìåíè êîãåðåíòíîñòè ñèãíàëà Àëèñû è êâàíòîâîãî ñâåòà, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãîýòîò ñèãíàë ïåðåäàåòñÿ.2.3 ×òî êàñàåòñÿ ñõåìû ìíîãîìîäîâîé òåëåïîðòàöèè, òî çäåñü ìû íå ìîæåì îæèäàòüïðåèìóùåñòâ ïðè ïåðåäà÷å êàæäîãî èç îñöèëëÿòîðîâ ìíîãîìîäîâîãî èçëó÷åíèÿ, íàïðîòèâ, òîëüêî öåíòðàëüíàÿ ìîäà èçëó÷åíèÿ ïåðåäàåòñÿ ñ ìàêñèìàëüíîé âåðíîñòüþ,à îñòàëüíûå - ñ ìåíüøåé â ìåðó èõ îòñòðîéêè îò íåñóùåé ÷àñòîòû.

Îäíàêî çäåñü ñëåäóåò ñòàâèòü âîïðîñ íå îá óëó÷øåíèè êà÷åñòâà òåëåïîðòàöèè çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿìíîãîìîäîâîãî ñâåòà, à î ïðèíöèïèàëüíîé âîçìîæíîñòè òåëåïîðòèðîâàòü ñïåêòðàëüíî øèðîêèé ñèãíàë ñ âåðíîñòüþ ïåðåäà÷è êàæäîé èç ìîä âûøå êëàññè÷åñêîé. Ìûïîêàçàëè, ÷òî äàæå íà ñîâðåìåííîì óðîâíå ýêñïåðèìåíòàëüíîé òåõíèêè ìíîãîìîäîâîå ñîñòîÿíèå ñî ñïåêòðàëüíîé øèðèíîé ïîðÿäêà (èëè ìåíüøå) ìîäîâîé øèðèíûðåçîíàòîðà ìîæåò áûòü òåëåïîðòèðîâàíî ñ âåðíîñòüþ ïåðåäà÷è êàæäîé ìîäû, çàìåòíî ïðåâîñõîäÿùåé êëàññè÷åñêèé ïðåäåë.Îñíîâíûå ðåçóëüòàòû ðàáîòû, îòíîñÿùèåñÿ ê ñîõðàíåíèþ øèðîêîïîëîñíîãîíåêëàññè÷åñêîãî ñâåòà â ÿ÷åéêàõ êâàíòîâîé ïàìÿòè:3.1 Ðàçðàáîòàíà òåîðåòè÷åñêè ìîäåëü áûñòðîé (øèðîêîïîëîñíîé) êâàíòîâîé ïàìÿòè, äàþùåé âîçìîæíîñòü ñîõðàíÿòü ñèãíàëüíûå èìïóëüñû ñ äëèòåëüíîñòüþ, ìíîãî ìåíüøåé õàðàêòåðíîãî àòîìíîãî âðåìåíè æèçíè.