Диссертация (1104561), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Приготовление квантовых состоянийДля приготовления квантовых состояний NOON и|1, 1⟩в текущей работеиспользовалась широко распространенная схема (Рис. 4.6), состоящая из нелинейного кристалла BBO типа II длиной 2 мм (Cr1), работающего в коллинеарном, вырожденном по частоте режиме. В качестве накачки использовалсядиодный лазер с длиной волны 407 нм. Излучение накачки фокусировалось вкристалл при помощи линзы L1 с фокусным расстоянием 200 мм. Дихроичное зеркало UVM служило для отсечения излучения накачки после кристалла.Для компенсации пространственного сноса и временной задержки сигнального и холостого фотонов, рожденных в кристалле, был установлен компенсаторCr2, представляющий собой аналогичный генерирующему кристалл BBO, настроенный на коллинеарный, частотно вырожденный синхронизм типа II, но90имеющий вдвое меньшую длину (1 мм).
Оптическая ось компенсирующего кристалла устанавливалась сонаправленно с осью Cr1. Полуволновая пластинкаHWP1 использовалась для ориентации поляризации накачки в вертикальнойплоскости. Пластинка HWP2 поворачивала поляризации сигнального и холостого фотонов на90для правильной компенсации пространственного сноса ивременной дисперсии в кристалле Cr2. Разделение на два оптических каналадиодный лазерM1SMFTbCr1BPS1 HWP3 Cr2 HWP2L1HWP1M2He-Ne0фс. лазерM3UVMM5M6M4 QWP1 HWP4QWP2HWP50102SMF1SMF2Рис.
4.6. Схема приготовления квантовых состоянийпроизводилось поляризационным светоделителем PBS1. В проходящем канале была установлена линия задержки, состоящая из тромбонной призмы Tb изеркала M4, установленного на пьезоподачу для точного контроля фазы (минимального шага тромбона 0.5 мкм, соответствующего изменению оптическогопути на 1 мкм, было не достаточного для точного контроля фазы). Излучениеиз обоих каналов заводилось в одномодовые волокна SMF1 и SMF2 при помощиобъективов O1 и O2 с фокусным расстоянием 15.2 мм. Полуволновая пластинка91HWP3 позволяла управлять поляризационным состоянием генерируемой бифотонной пары.
В зависимости от угла поворотасостояние в двух поляризационных модах полуволновой пластинки HWP3|, ⟩ может быть представлено в виде:sin(4)√ (|2, 0⟩ + |0, 2⟩) + cos(4)|1, 1⟩.2при значении угла = /8, генерируется|⟩ =Таким образом,ние, при угле=0– состояние(4.23)NOON состоя|1, 1⟩.4.3. Экспериментальное наблюдение пространственныхкорреляций в схеме ЮнгаВнешний вид установки по наблюдению квантовой интерференции приведен на рисунке 4.7.
Для получения хорошей видности интерференционнойкартины производилось выравнивание поляризаций в вертикальной плоскостина выходе из одномодовых волокон SMF1 и SMF2 при помощи четверть волновых и полуволновых пластинок QWP1, HWP4 и QWP2, HWP5 в проходящеми отраженном от PBS1 каналах соответственно. Концы одномодовых волоконсводились параллельно на расстояние 72 микрона в специальной изготовленнойфабрично кварцевой "игле". Торец "иглы"(где находились концы одномодовыхволокон) располагался в фокусе асферической линзы с фокусным расстояниемf=60 мм (Рис.4.7). После линзы располагался поляризационный светоделительPBS2, отражающий вертикальную поляризацию, наведенную в одномодовых волокнах и не скомпенсированную четвертьволновыми и полуволновыми пластинками в каналах приготовительной схемы (его установка позволила увеличитьконтраст интерференционной схемы на несколько процентов).После поляризационного светоделителя PBS2 был расположен интерференционный фильтр IF шириной 20 нм, установленный под определенным углом так, чтобы максимум пропускания находился на длине волны 814 нм.
Длястабилизации разности фаз на выходе из одномодовых волокон SMF1 и SMF292Cl1x1M9L2 PBS2SMF1IFFMMMF1NPBSM8M10SMF2MMF2CCDM7x2Cl2HWP6M11PBS3O4O3MMF4MMF3Рис. 4.7. Экспериментальная установка по наблюдению квантовой интерференции0,460,440,420,400,380,3605101520()(б)(а)Рис. 4.8. Интерференционная картина, поРис. 4.9. Зависимость видности интерефелученная от фемтосекундного лазераренции от положения призмы Tb93совместно с накачкой в установку заводилось излучение He-Ne лазера с длиной волны 632.8 нм, которое, отражаясь от фильтра IF, попадало в камеруCCD на (Рис.4.7). По перемещению интерференционной картины, полученнойс камеры, в реальном времени отслеживалось изменение относительной фазы,которая затем корректировалось при помощи зеркала M4, установленного напьезоподачу.
Без данной процедуры получение адекватных результатов не представлялось возможным, так как измерения квантовой интерференционной зависимости проводились по нескольку часов.Для первоначального выравнивания оптических путей в обоих каналахприготовительной схемы, в установку заводилось излучение фемтосекундноголазера с длиной волны 814 нм и длительностью импульса 84 фс. Балансировкаоптических каналов с точностью∼20 мкм была необходима из-за достаточноширокого собираемого спектра параметрического рассеяния (∼ 5 нм). На рисунке 4.8 приведена интерференционная картина от фемтосекундного лазера,регистрируемая CCD камерой.
В зависимости от положения тромбонной призмы Tb была измерена видность этой картины (Рис. 4.9), после чего призмабыла выставлена в положение с максимальной видностью.Параллельный пучок, сформированный линзой L2, разделялся на два припомощи неполяризационного светоделителя NPBS на рисунке. Цилиндрическиелинзы Cl1 и Cl2 с фокусными расстояниями 70 мм и 80 мм фокусировали излучение в вертикальной плоскости для увеличения сбора полезного сигнала, таккак в этом направлении нет интерференционных полос. В фокусах линз Cl1и Cl2 располагались торцы многомодовых волокон, перемещаемых в горизонтальном направлении перпендикулярно падающему излучению. Для настройки приготовительной схемы и проверки качества приготовляемых состояний(рис. 4.10 (а) и (б)) после линзы L2 находилось откидное зеркало FM, послекоторого была организована двуканальная схема.
Поляризационный светоделитель PBS3, находящийся после полуволновой пластинки HWP6, повернутой наугол 22,5 градуса, обеспечивал одинаковые интенсивности в проходящем и от94раженном от него каналах. Излучение после PBS3 заводилось в многомодовыеволокна MMF3, MMF4 с помощью объективов O3 и O4. При помощи данныхобъективов на торцах многомодовых волокон MMF3, MMF4 строилось увеличенное изображение торцов одномодовых волокон SMF1 и SMF2 (находящихсяна конце "иглы"). Перемещение торцов многомодовых волокон в горизонтальном направлении позволяло заводить излучение только от одного из источниковсхемы Юнга в перемещаемое волокно.Для проверки качества приготовляемых квантовых состояний исследовалось экспериментальное согласие с формулой 4.23, где– угол поворота пластинки HWP3. Зависимость скорости счета совпадений однофотонных детекторов от угла поворота пластинки HWP3 приведена на рисунках 4.10 (а) и (б).
График 4.10 (а) был получен путем измерения скорости счета совпадений междудвумя поляризационными каналами (после настройки волокон MMF3 и MMF4на торцы волокон SMF1 и SMF2 соответственно). Для получения зависимости(Рис. 4.10 (б)) оба счетных детектора настраивались на один поляризационныйканал приготовительной схемы: в волокна MMF3 и MMF4 заводилось излучение из торца волокна SMF2; в случае настройки на торец волокна SMF1 имеетместо полностью аналогичная зависимость.ССовпадениямеждудву мяполяриз ационнымик аналамов паденияводномполяриз ационномк аналеи1 6 0 02 0 0 0з а1 0 0 0яз аяин8 0 06 0 0пааддеени1 0 0 0пв5 0 0с овс о1 2 0 0101 5 0 010сс1 4 0 04 0 02 0 00002 0у г олпов4 0орот аHW6 0P3(г р8 0ад-1 0. )0у г о(а)л1 0поворо2 0т аHWP3 03(г ра4 0д.
)(б)Рис. 4.10. Зависимость скорости счета совпадений для двух (а) и одного (б) поляризационныхканалов от угла поворота пластинки HWP395± 2%)позволяет говорить = 0 + /4и NOON состоянияХорошая видность этих распределений (97.5|1, 1⟩о наличии чистого состояния√1 (|2, 0⟩2+ |0, 2⟩)–припри = /8 + /4, где ∈ .Как это часто бываетв эксперименте, систематическая ошибка установки шкалы полуволновой пластинки HWP3 отличается от введенного углана−3 .После настройки генерирующей схемы и схемы детектирования измерялись зависимости скорости счета совпадений в зависимости от положения торцов торцов одномодовых волокон MMF1, MMF2 для NOON и|1, 1⟩квантовыхсостояний.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
