Поляризационные и спектральные свойства бифотонных полей (1097828), страница 2
Текст из файла (страница 2)
С точки зрения квантовой информатики, бифотон представляет собойтроичную единицу квантовой информации – кутрит. На сегодняшний день на основекутритов разработан ряд протоколов передачи квантовой информации, которые, посравнению с двоичными протоколами, обладают большей емкостью информации и болеевысоким уровнем секретности. Применения результатов диссертационной работы вспектроскопии связаны с возможностью измерения в нелинейных кристаллах дисперсиипоглощения, а также дисперсии комплексных восприимчивостей различных порядков.На защиту выносятся следующие положения:1.Можновыделитьдвенезависимыехарактеристикибифотонногополя:корреляционные функции первого и второго порядков.
Соотношение между нимиможно менять, пропуская бифотонное поле через прозрачную диспергирующую среду,в которой КФ второго порядка “расплывается”, аналогично короткому импульсу, и вдальней зоне приобретает форму, повторяющую форму спектра бифотонного поля, аКФ первого порядка не меняется. При наблюдении эффекта антикорреляции длябифотонного поля, полученного от непрерывной накачки, форма антикорреляционного“провала” соответствует вдвое сжатой и перевернутой огибающей корреляционнойфункции первого порядка.2.Бифотоны, излученные в различные моменты времени, могут интерферировать вчетвертом порядке по полю даже в случае, если интервал времени, разделяющиймоменты их рождения, больше длины когерентности накачки. Такой эффектнаблюдался экспериментально в двух случаях:а) при генерации бифотонов от двух разделенных во времени когерентныхимпульсов накачки;б) при генерации бифотонов от непрерывной накачки с несколькими продольнымимодами. При этом интервал времени между моментами рождения бифотонов должен бытькратен удвоенной длине резонатора накачки, умноженной на скорость света.Необходимым условием наблюдения интерференции в обоих случаях являетсяперекрытие амплитуд обоих бифотонов.
Это достигается либо использованиемузкополосных фильтров (случай а), либо пропусканием бифотонов через интерферометр ссоответствующей разностью длин плеч (случай б).3. При наблюдении эффекта антикорреляции для бифотонного поля, рождающегося отфемтосекундной импульсной накачки, форма “провала” является симметричной.Отмечавшаяся ранее в литературе асимметрия - следствие аппаратных эффектов.4. Произвольное поляризационное состояние бифотонного поля, относящегося к однойпространственной и частотной моде, можно использовать для троичной кодировкиквантовой информации.4.1.
Такое состояние имеет наглядное представление в виде пары точек на сфереПуанкаре. При этом параметры Стокса для бифотона определяются суммой параметровСтокса для каждого из фотонов пары, а степень поляризации бифотона определяетсяуглом, под которым пара точек видна из центра сферы. Для различения двух такихсостояний можно применять следующий критерий ортогональности:пусть на вход неполяризационного светоделителяподается один из двухбифотонов, а в выходных каналах светоделителя установлены поляризационныефильтры,бифотону,выделяющиеазатемсостоянияполяризации,фотодетекторы.Тогдасоответствущиеотсутствиевторомусовпаденийфотоотсчетов детекторов равносильно ортогональности двух бифотонов.4.2. Троичная кодировка квантовой информации может быть реализована сиспользованием трех взаимно ортогональных поляризационных состояний одномодовыхбифотонов с ортогональной поляризацией фотонов в парах. Эти состояния, как любыесостояния с одинаковой степенью поляризации, могут быть преобразованы друг в другалинейными поляризационными элементами.4.3.
Состояние “бифотона типа II” (пары ортогонально поляризованных фотонов)может быть приготовлено интерферометрическим способом из двух “бифотонов типа I”(пар одинаково поляризованных фотонов). Такой синтез осуществлен экспериментальнокак в режиме непрерывной накачки, так и в режиме фемтосекундной импульсной накачки.5. Из четырех поляризационно-частотных двухфотонных белловских состояний триобладают “скрытой поляризацией”, то есть поляризованы в четвертом порядке по полю инеполяризованы во втором порядке, а одно состояние - синглетное состояние ?- - необладает “скрытой поляризацией”.
Свет в таком состоянии неполяризован во всехпорядках по полю и является “поляризационно-скалярным”, т.е. для него обращаются внуль флуктуации всех трех параметров Стокса.6. Поглощение холостого излучения проявляется при наблюденииинтерференциивторого порядка для бифотонных полей:6.1. При наличии поглощения для холостой волны в выражение для формы линиирассеяния входят корреляторы между равновесными полями в различных точкахнелинейной среды на частоте холостой волны.6.2. При наблюдении интерференции второго порядка в схеме Юнга спектры СПРпозволяют по видности интерференционной картины измерить поглощение начастоте холостого излучения.
По таким спектрам измерена дисперсия поглощенияв кристалле йодноватой кислоты вблизи валентного колебания OH - связи (вдиапазоне 3300-5300 см-1).7. Угловая форма линии параметрического рассеяния (рассеяния на поляритонах) начастоте, находящейся в непосредственной близости от решеточных резонансов, содержитинформацию о комплексных значениях восприимчивостей первого и второго порядков, атакже мнимой части кубичной восприимчивости.7.1.В общем случае эта форма линии представляет собой контур Фано,образованный за счет интерференции комбинационного и параметрического процессов,причем эффект интерференции заметен в том случае, когда мнимая часть квадратичнойвосприимчивости для рассматриваемой частоты сравнима с действительной.7.2.В случае сильной интерференции комбинационного и параметрическоговкладов (если мнимая часть квадратичной восприимчивости сравнима с действительной)по угловой форме линии рассеяния на поляритонах можно рассчитать дисперсиюкомплексных восприимчивостей первого и второго порядков.
Для случая слабойинтерференции можно применять обычный метод k-спектроскопии, который используетсядля нерезонансных участков спектра.7.3.Измеренадисперсиякомплекснойдиэлектрическойпроницаемости,комплексной квадратичной восприимчивости и мнимой части кубичной восприимчивостикристалла йодноватой кислоты в диапазоне 1000-1200 см-1, содержащем многочастичныевозбуждения, а также фундаментальное колебание OH-группы ?(OH).8. Сравнение результатов ? - спектроскопии СПР и данных, полученных в литературеметодом КАРС с пространственно-временным разрешением, для одного итого жеполяритона в кристалле йодата лития говорит о хорошем согласии данных по дисперсиигрупповой скорости поляритона.
Для данных по времени жизни поляритона найденонезначительноеразличиемеждурезультатами,полученнымиобоимиметодами:измерения по спектрам СПР выявили наличие колебания второго порядка, необнаруженное методом КАРС. Это различие может быть связано с тем, что измерениядвумя методами проводились в разных температурных режимах.9. Дисперсионные зависимости, измеренные в кристалле ниобата лития вблизи фонона начастоте 582 см-1 по частотным спектрам и по угловым спектрам, оказываютсяразличными.
В первом случае закон дисперсии описывается осцилляторной зависимостьюбез учета фононного затухания, а во втором случае - с учетом затухания.Апробация работы. Основные результаты диссертации опубликованы в 24 статьях вреферируемых журналах и докладывались на 25 международных и всероссийскихконференциях. В том числе, результаты представлялись на международных конференцияхпонелинейнойоптике(С.-Петербург1995,Москва1998,Минск2001),наМеждународных симпозиумах по лазерной физике (Прага 1997, Москва 2001, Братислава2002), на Международных конференциях по Рамановской спектроскопии (Питтсбург 1996,Кейптаун 1998), на Международных конференциях по квантовой электронике (IQEC’94 иIQEC’96, Анахайм, EQEC’94, Амстердам, EQEC’96, Гамбург, CLEO/Pacific Rim, 1997,Чиба, CLEO/QELS’1999 и CLEO/QELS’2001, Балтимор, CLEO’2000, Ницца, QELS’2000,Сан-Франциско, IQEC’2002, Москва), на ежегодных конференциях американскогооптического общества (OSA) (Провиденс 2000 и Лос-Анджелес 2001), на общемосковскихсеминарах по квантовой оптике (Москва 2000, 2001, 2002), на ежегодном семинаре памятиД.Н.Клышко (Москва 2002, 2003).Авторский вклад.
Все изложенные в диссертации результаты получены авторомлично, либо при его определяющем участии в постановке задач, построении теории ипроведении эксперимента.Структурадиссертации.Диссертациясостоитизвведения,пятиглав,объединенных в три части, заключения и списка литературы, содержащего 215наименований.
Она содержит 55 рисунков и 2 таблицы.Во Введении содержится краткий обзор работ по коррелированным состояниям воптике и обосновывается постановка задачи.ЧастьI,содержащаядвеглавы,посвященаспектральнымсвойствамбифотонных полей.В первой главе содержатся результаты, относящиеся к различным методамисследования двухфотонных полей. Эти методы включают измерение корреляционныхфункций первого и второго порядков, а также наблюдение эффекта антикорреляции.Первый раздел главы (1.1) содержит только литературные данные.
Во втором разделесодержится оригинальный материал - сравнение формы антикорреляционного “провала” иформы огибающей корреляционной функции первого порядка, в том числе прииспользовании узкополосных фильтров. Последние два раздела – также оригинальные. Вних рассматриваетсяпреобразованиекорреляционной функции второго порядкабифотонного поля. В разделе 1.3 теоретически и экспериментально показано, что прираспространении пучка бифотонов через диспергирующую среду (оптическое волокно)происходит “расплывание” корреляционной функции второго порядка при неизменнойкорреляционной функции первого порядка. В разделе 1.4 рассматривается преобразованиекорреляционной функции второго порядка при наличии резонатора для холостогоизлучения.
В этом случае корреляционная функция приобретает вид системы пиков субывающими амплитудами, по высоте которых можно определить время жизни холостогофотона в резонаторе.Во второй главе исследуется влияние спектра накачки на свойства двухфотонныхполей,генерируемыхприспонтанномпараметрическомрассеянии.Отдельнорассматриваются случаи непрерывной и фемтосекундной импульсной накачки. В разделе2.1 для случая фемтосекундной импульсной накачки вычисляются корреляционныефункции первого и второго порядков.
В разделе 2.2 теоретически и экспериментальноисследуется влияние спектра накачки на двухфотонную интерференцию. В первой частираздела (подраздел 2.2.1) продемонстрирована интерференция бифотонов, рождающихсяот двух разделенных во времени когерентных импульсов накачки. Подраздел 2.2.2посвящен исследованию интерференции бифотонов, рождающихся от непрерывнойнакачки с несколькими продольными модами и разделенных временным интервалом,большим длины когерентности накачки, но кратным удвоенной длине резонатора накачки,умноженной на скорость света. При этом поля накачки в моменты времени,соответствующие рождению бифотонов, когерентны, и наблюдается двухфотоннаяинтерференция.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
