Автореферат (1104560), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Кроме того, при восстановлении «скрытых» изображений частьизлучения, используемого для восстановления, не взаимодействует непосредственно собъектом изображения (подобно опорной световой волне лазера при воспроизведенииголограмм).До недавнего времени велись бурные научные исследования с целью определить,является ли наблюдение «скрытых» изображений исключительно квантовой особенно­стью пространственно перепутанных фотонов, или данный эффект может быть пол­ностью воссоздан с использованием классических полей. Первые теоретические обос­нования эффекта «скрытых» изображений [22] основывались на том, что именно пе­репутывание играет основную роль при извлечении информации о пространственныхкорреляциях.

Данная точка зрения была опровергнута после публикации теоретическойработы [23] и экспериментальных исследований [24, 25], демонстрирующих, что практи­чески любое «скрытое» изображение может быть воссоздано с использованием только5классических источников обладающих корреляционными свойствами. Таким образомбыло показано [23], что различие между наблюдаемыми «скрытыми» изображениямиот бифотонного или классического (квазитеплового) источника заключается только ввидности регистрируемого изображения. В отличие от большого числа эксперименталь­ных и теоретических работ, исследующих «скрытые» изображения объектов, в основекоторых по сути лежат попиксельные корреляции, рассмотренные ранее, работ, посвя­щенных изучению пространственных корреляций между поперечными модами квази­тепловых источников существует очень немного.

Теоретически данные корреляционныесвойства были предсказаны еще в 1982 году [26], однако, проведение эксперименталь­ных исследований и сравнение результатов с разложением Шмидта для бифотонногополя до настоящего момента выполнено не было.Тематика поперечных пространственных распределений (мод) как квантовых, таки квазиклассических световых полей является относительно новой, поэтому вопрос отом как наилучшим образом генерировать и производить детектирование простран­ственных состояний является крайне важным на сегодняшний день [27].

Наиболее прак­тичным методом является использование активных фазовых голограмм [28], управ­ление которыми может осуществляться в реальном времени непосредственно в ходеэксперимента [29]. Для восстановления отклика детектора пространственных мод наразличные входные распределения поля основополагающим является применение мето­дов квантовой томографии детекторов [30–32]. Базируясь на методах, используемых вперечисленных работах, в диссертации рассматривается оригинальный подход, позво­ляющий восстановить отклик детектора пространственных мод на заданную входнуюмоду HG , при том, что сама входная пространственная мода HG в чистом виде неготовится, вместо нее на вход детектора подается смещенная в поперечном направле­нии мода HG00 .

Выбор такого необычного входного состояния приводит к появлениюспектра входных мод в базисе собственных мод детектора, однако, с экспериментальнойточки зрения, данный подход позволяет избежать ошибок связанных с приготовлени­ем мод HG высокого порядка, и восстановить только отклик детектора, а не откликсистемы: генератор пространственной моды + детектор пространственной моды.Помимо исследования спектра пространственных мод бифотонного поля отдель­ный как фундаментальный, так и практический интерес представляет квантовая ин­терференция бифотонных полей. В отличие от классических экспериментов, в которыххарактерная интерференционная картина наблюдается в распределении интенсивности,при попадании многофотонных (в простейшем случае бифотонных) полей на вход ин­терферометра, пространственное распределение корреляционной функции второго по­6рядка по интенсивности 2 = ⟨I1 (1 , 1 )I2 (2 , 2 )⟩ устроено более сложным образом [33].Чаще всего работы по квантовой интерференции базируются на схеме Хонг-У-Манде­ля [34], в которой поперечные координаты 1 , 1 и 2 , 2 фиксированы, либо производит­ся дополнительная пространственная фильтрация излучения при помощи одномодовыхволокон.

Изучение же поперечной пространственной структуры 2 является важнойзадачей для таких направлений как квантовая литография [35] и квантовая метроло­гия [36, 37]. Оба направления используют свойство сверхразрешения [38], при которомразрешение оптической системы не ограничивается ее дифракционным приделом еслина вход системы подаются многофотонные квантовые состояния.Цели и задачи диссертационной работы:Цели исследования:∙ Экспериментальное исследование пространственных мод и нахождение соответ­ствующих им собственных значений разложения Шмидта для бифотонного поля,генерируемого в процессе спонтанного параметрического рассеяния, с примене­нием методов самокалибрующийся томографии.∙ Изучение пространственных корреляционных свойств квазитеплового поля в ба­зисе мод Эрмита-Гаусса и сравнение полученных результатов с разложениемШмидта для случая бифотонного поля.∙ Томография детектора пространственных мод и нахождение оптимальных фазо­вых голограмм для детектирования в базисе мод Эрмита-Гаусса.∙ Изучение квантовых интерференционных пространственных распределений, воз­никающих при использовании бифотонного источника в схеме Юнга.Задачи исследования:∙ Создать экспериментальную установку, реализующую проекционные измеренияуглового спектра бифотонного поля в базисе мод Эрмита-Гаусса.∙ Проанализировать полученное в эксперименте разложение по пространственныммодам и сравнить его с теоретическим разложением Шмидта.∙ Создать экспериментальную установку, позволяющую измерять пространствен­ные корреляционные зависимости от квазитеплового источника излучения.∙ Провести анализ полученных корреляционных зависимостей, исследовать их со­гласие с теоретической моделью Шелла для тепловых полей.7∙ Создать экспериментальную установку и провести измерения для калибровкидетектора поперечных пространственных мод.∙ Создать установку для генерации двухфотонных состояний с возможностью плав­ной перестройки состояния, поступающего на вход интерферометра Юнга.∙ Создать установку для наблюдения квантовой интерференции; получить харак­треные интерференционные зависимости в корреляционной функции второго по­рядка по интенсивности; пронаблюдать уменьшение периода интерференции в 2раза по сравнению с классической интерференцией в схеме Юнга.Научная новизна.∙ Впервые исследованы пространственные корреляционные свойства углового спек­тра бифотонного поля в базисе мод Эрмита-Гаусса с применением методов само­калибрующейся томографии.∙ Впервые изучены пространственные корреляционные зависимости в базисе модЭрмита-Гаусса для квазитеплового источника излучения.∙ Разработан оригинальный метод калибровки детектора пространственных мод.Впервые восстановлено POVM разложение для детектора пространственных мод.∙ Впервые продемонстрирована устойчивость квантовой интерференционной кар­тины для входного состояния |1, 1⟩ при внесении дополнительной фазовой за­держки в один из источников интерферометра Юнга.Теоретическая и практическая значимость.Полученные результаты по исследованию корреляций в пространственных попе­речных модах от квантового источника могут быть использованы при создании системквантового распределения ключа с использованием оптических кудитов.

Применениемногомерных носителей информации может увеличить скорость генерации ключа, а также повысить дальность секретной связи для используемых криптографических прото­колов.Результаты по изучению пространственных корреляционных свойств квазитепло­вых источников представляют в основном фундаментальный интерес, но также могутбыть применены при регистрации «скрытых» изображений объектов находящихся вполе с тепловой статистикой излучения.8Детектор пространственных мод является важным элементом как классических,так и квантовых систем, использующих кодирование на пространственных модах. Ори­гинальный метод калибровки таких детекторов, а также результаты по выбору опти­мальных фазовых голограмм для данных детекторов могут найти широкое применениев классической и квантовой связи, например, в современных задачах передачи простран­ственных состояний через многомодовые или фотонно-кристаллические оптические све­товоды, или задачах связи через атмосферный канал.Полученные результаты квантовых интерференционных зависимостей получен­ных для бифотонного входного состояния в схеме Юнга могут быть применены в схемахквантовой литографии, также при создании высокочувствительных сенсоров с высокимразрешением для задач метрологии и спектроскопии.Положения, выносимые на защиту:1.

Применение методов самокалибрующейся томографии позволяет повысить точ­ность восстановления квантовых состояний по значениям проекций и одновре­менно выявить систематические погрешности эксперимента.2. Качественное поведение пространственных корреляций (2) квазитеплового ис­точника такой же, как для случая бифотонного поля, генерируемого в процессеспонтанного параметрического рассеяния.3. Предложенный и апробированный метод калибровки детектора пространствен­ных мод Эрмита-Гаусса позволяет использовать только фундаментальную модуна входе для получения отклика на моды высших порядков.4. Использование фазовых голографических масок с дополнительной амплитудноймодуляцией приближает измерения детектора пространственных мод к идеаль­ным проекциям в базисе мод Эрмита-Гаусса.5.

Квантовая интерференционная картина, полученная при входном состоянии |1, 1⟩в схеме Юнга, обладает удвоенным периодом по сравнению с классическим вход­ным состоянием и не чувствительна к разности фаз между двумя источникамисхемы Юнга.Степень достоверности и апробация результатов.Основные результаты диссертации докладывались на следующих конференциях:Бобров И.Б., Страупе С.С., Ковлаков Е.В., Кулик С.П. Пространственные корре­ляции в квази- тепловом свете // VIII семинар памяти Д.Н. Клышко. – 20-23 мая 2013.– Москва, Россия.9Bobrov I.B., Kovlakov E.V., Markov A.A., Straupe S.S., Kulik S.P.

Detector tomographyof spatial mode filters // 23rd International Laser Physics Workshop LPHYS’14. – 14-18 July2014. – Sofia, Bulgaria.Bobrov I.B., Kalashnikov D.A., Krivitsky L.A. Imaging of spatial correlations of two­photon states // 21th central European workshop on quantum optics CEWQO. – 23-27 June2014. – Brussels, Belgium.Бобров И.Б., Ковлаков Е.В., Марков А.А., Страупе С.С., Кулик С.П. Томографиядетектора пространственных мод // IX семинар памяти Д.Н.

Характеристики

Список файлов диссертации