Поляризационные и спектральные свойства бифотонных полей (1097828)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиЧЕХОВА МАРИЯ ВЛАДИМИРОВНАПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ И СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВАБИФОТОННЫХ ПОЛЕЙСпециальность: 01.04.21 – лазерная физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукМосква 2004Работа выполнена на физическом факультете Московскогогосударственного университета им. М.В.Ломоносова, Москва,РоссияОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Чиркин Анатолий Степановичдоктор физико-математических наук,профессор Соколов Иван Вадимовичдоктор физико-математических наук,профессор Поливанов Юрий НиколаевичВедущая организация:РАНФизический институт им. П.Н.ЛебедеваЗащита состоится «18» марта 2004 года в 15 часов назаседании диссертационного совета Д 501.001.31 в МГУ им.М.В.Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, Москва, ул.

акад.Хохлова, д. 1, КНО, аудитория им. С.А.Ахманова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физическогофакультета МГУ.Автореферат разослан «___»_____________2004 годаУченый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.31кандидат физ.-мат. наук, доцентТ.М.ИльиноваВВЕДЕНИЕДиссертация посвящена исследованию поляризационных и спектральных свойствбифотонныхполей,приготовлениюсостоянийбифотонногополясновымиполяризационными и спектральными свойствами, а также некоторым применениямбифотонных полей в спектроскопии.Бифотонным полем называется световое поле с парной корреляцией фотонов.

Подпарной корреляцией понимается высокая величина нормированной корреляционнойфункции интенсивности или, с точки зрения квантового описания, нормированногонормально упорядоченного второго момента числа фотонов. На языке экспериментаможно сказать, что для бифотонного поля должен наблюдаться высокий уровенькорреляции (совпадений) фотоотсчетов двух детекторов, регистрирующих излучение всоответствующих модах поля.В случае идеальных детекторов, регистрирующихбифотонное поле, одиночных фотоотсчетов вообще быть не может, так как фотоны втаком поле присутствуют только парами. Пару коррелированных фотонов часто называютбифотоном.

Корреляция фотонов в парах может быть не только по моменту рождения, нотакже по частоте, волновому вектору и поляризации.Бифотонное поле – один из очень немногих видов неклассических световых полей,которыенасегодняшнийденьможнополучитьэкспериментально.Свойстванеклассических полей можно объяснить лишь в рамках последовательного квантовогоподхода. Формально, бифотонное поле, получаемое в эксперименте, представляет собойсуперпозицию вакуумного состояния и двухфотонного фоковского состояния.

Наиболееэффективный способ получения бифотонного поля – это спонтанное параметрическоерассеяние света (СПР), хотя существуют и другие способы.К применениямбифотонных полей можно отнести квантовую метрологию,спектроскопию, передачу квантовой информации. Более фундаментальные применениявключают проверку неравенств Белла, эксперименты по «квантовой телепортации» иквантовые вычисления.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫМожно утверждать, что бифотонные поля занимают центральное место всовременной квантовой оптике.

При этом основное значение для бифотонных пучковимеют их поляризационные свойства. Прежде всего, поляризация квантовых состоянийсвета описывается в терминах дихотомных переменных, что важно для передачиинформации, проверки неравенств Белла и квантовых вычислений. В экспериментах подвухфотоннойинтерференции,какиинтерференциивообще,поляризационныеинтерферометры более устойчивы и удобны. Наконец, в оптике имеется хорошоразработанный аппарат поляризационных преобразований. Все это приводит к тому, чтобольшая часть оптических экспериментов с бифотонными полями - это поляризационныеэксперименты.Поэтомубольшаячастьдиссертационнойработыпосвященаисследованию поляризационных свойств коррелированных двухфотонных состояний.В последнее десятилетие наметился интерес и к спектральным свойствамкоррелированных фотонов.

Связано это прежде всего с использованием для ихприготовления фемтосекундных импульсныхлазеров, ширина спектра которых сравнима с шириной спектра двухфотонногосвета,генерируемогоотнепрерывнойнакачки.Оказалось,чтомногиеквантовооптические эффекты в таком нестационарном случае происходят по-другому.Кроме того, использование невырожденных по частоте коррелированных фотонов можетбыть основой для приготовления перепутанных по частоте состояний. Соответственно,еще одна часть диссертационной работы посвящена исследованию спектральныхсвойств коррелированных фотонных состояний. Следует подчеркнуть, что подспектральными свойствами понимается не только спектр самого бифотонного поля, но ивлияние спектра накачки на корреляционные функции этого поля.Известно, что при приближении частоты одного из коррелированных фотонов ксобственным частотам среды параметрическое рассеяние переходит в комбинационноерассеяние на поляритонах (а гиперпараметрическое рассеяние - в гиперкомбинационноерассеяние на поляритонах).

Несмотря на это, в оптике всегда существовал определенныйразрыв между квантовой оптикой, в которой роль среды и ее резонансов практическиигнорировалась, и спектроскопией рассеяния на поляритонах, где почти не обсуждаласьстатистика излучения. Поэтому в диссертацию включен третий раздел, посвященныйпограничной области между квантовой оптикой и спектроскопией рассеяния света наполяритонах.Актуальность темы диссертационной работы связана как с фундаментальнымизадачами, так и с применением бифотонных полей в квантовой информатике, метрологии,спектроскопии. Действительно, хотя получение бифотонных полей с помощью СПР ужедавно освоено и не является научной задачей, интерес представляет получениебифотонных полей с заданными спектральными и поляризационными свойствами.

Так,например, оказывается, что бифотонное поле, относящееся к одной пространственной ичастотной моде, но находящееся в произвольном поляризационном состоянии, аналогичнотрехуровневой системе, и его преобразования задаются группой SU(3). Таким образом, посвоей симметрии такие бифотоны аналогичны кваркам. Это обстоятельство, само по себеинтересное с фундаментальной точки зрения, позволяет использовать бифотонные поля вквантовой информатике, где на основе бифотонных полей может быть развита квантоваятроичнаялогика.Актуальнойявляетсятакжегруппазадач,связанныхсхарактеризацией бифотонных полей - определение поляризационного состояниябифотонного поля и исследование его корреляционных свойств.

Так, до сих пор несуществует методов, позволяющих измерить для бифотонных полей корреляционнуюфункцию второго порядка.Основная цель работы - исследование поляризационных и спектральных свойствбифотонных полей, а также применение бифотонных полей в спектроскопии. Всоответствии с этой целью, были поставлены следующие задачи диссертационнойработы:1.Провести сравнительный анализ различных методов исследования бифотонныхполей: измерение спектра, измерение корреляционной функции второго порядка,исследование эффекта антикорреляции.2.Изучить влияние спектра накачки на следующие свойства бифотонных полей:а) корреляционные функции первого и второго порядка;б) двухфотонная интерференция;в) особенности проявления эффекта антикорреляции.3.Изучить поляризационные состояния бифотонного поля в одной пространственной ичастотной моде и линейные преобразования таких состояний.4.Исследовать возможности синтеза новых поляризационных состояний бифотонов:а)синтезиисследованиеортогональнополяризованныхпарфотонов,приготовленных из одинаково поляризованных пар фотонов, как в непрерывном, так и вимпульсном режиме;б) приготовление поляризационно-частотных белловских двухфотонных состоянийи исследование их поляризационных свойств;5.Исследоватьвлияниепоглощенияхолостогоизлучениянадвухфотоннуюинтерференцию.6.Разработать методику измерения дисперсии восприимчивостей различных порядковнелинейной среды по частотно-угловым спектрам рассеяния на поляритонах вблизирешеточных резонансов.Научнаяновизна.Основныеисследований состоят в следующем:существенноновыерезультатыпроведенных1.Теоретически и экспериментально исследовано соотношениемежду следующимихарактеристиками бифотонного поля: формой “провала”, наблюдаемого в эффектеантикорреляции, формой огибающей корреляционной функции первого порядка, в том2.числе при использовании узкополосных фильтров, и корреляционной функциейвторого порядка.

Обнаружен эффект “расплывания” корреляционной функции второгопорядка бифотона при его распространении в диспергирующей среде.3.Исследовано влияние конечного спектра накачки на интерференцию четвертогопорядкаиэффектантикорреляциидлябифотонныхполей.Дляэффектаантикорреляции впервые наблюдалось согласие экспериментальных данных стеоретическими; установлена причина отмечавшихся ранее расхождений междутеорией и экспериментом.4.Теоретическииэкспериментальноисследованыполяризационныесвойствабифотонов, принадлежащих одной пространственной и частотной моде.

Для такихбифотонов„предложено наглядное представление на сфере Пуанкаре;„сформулировано операциональное условие ортогональности;„предложен метод троичной кодировки квантовой информации;„на примере бифотонов с ортогонально поляризованными фотонами каждойпарыэкспериментальнопродемонстрированыполяризационныепреобразования трех базисных состояний;„осуществлен синтез ортогонально поляризованных пар фотонов из пародинаково поляризованных фотонов. Эксперимент выполнен как внепрерывном режиме, так и в режиме фемтосекундной импульсной накачки.5.Экспериментальноисследованыполяризационныесвойстваполяризационно-частотных белловских состояний, полученных интерферометрическим методом наоснове СПР в коллинеарном частотно-невырожденном режиме.

Показано, что одно изсостояний(Ψ )-представляетсобойсостояние“скалярного”света,ранееобсуждавшееся в литературе, в пределе малых интенсивностей бифотонного поля.6.Проведен учет поглощения холостого излучения при нелинейной интерференции вслучае произвольной геометрии эксперимента. Для случая схемы Юнга предложенметод измерения поглощения по видности интерференционной картины.7.Предложен метод измерения дисперсии комплексных восприимчивостей первого ивторого порядка, а также мнимой части кубичной восприимчивости, по спектрамрассеяния на поляритонах вбизи решеточных резонансов.Методическая ценность работы заключается в том, что в ней проводится ряданалогий, например,„между интерференцией бифотонных полей, рождающихся в различныхпространственных областях и от различных импульсов накачки;„между генерацией бифотонного поля от импульсной накачки и от непрерывноймногомодовой накачки;„между распространением в диспергирующей среде короткого импульса ибифотона;„между представлением на сфере Пуанкаре поляризационного состояния одногофотона (кубита) и поляризационного состояния бифотона (кутрита);„между интерференционным контуром Фано, наблюдавшимся ранее в спектрахвозбуждения, и интерференционным контуром, наблюдающимся в угловыхспектрах рассеяния на поляритонах вблизи решеточных резонансов.Практическое значение диссертационной работы связано с возможностью примененияполученных результатов в квантовой информатикеи спектроскопии нелинейныхкристаллов.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации