Azərbaycanca AzərbaycancaБеларускі БеларускіDansk DanskDeutsch DeutschEspañola EspañolaFrançais FrançaisIndonesia IndonesiaItaliana Italiana日本語 日本語Қазақ ҚазақLietuvos LietuvosNederlands NederlandsPortuguês PortuguêsРусский Русскийසිංහල සිංහලแบบไทย แบบไทยTürkçe TürkçeУкраїнська Українська中國人 中國人United State United StateAfrikaans Afrikaans
Підтримка
www.wikidata.uk-ua.nina.az

Спонтанне параметричне розсіяння СПР це є нелінійний миттєвий оптичний процес який перетворює один фотон з вищою енергіє

Спонтанне параметричне розсіяння

Спонтанне параметричне розсіяння

Спонтанне параметричне розсіяння (СПР) - це є нелінійний миттєвий оптичний процес, який перетворює один фотон з вищою енергією (а саме фотон накачування) у пару фотонів (а саме, сигнальний фотон і холостий фотон) з меншою енергією, відповідно до закону збереження енергії та закону збереження імпульсу. Це важливий процес у квантовій оптиці для генерації заплутаних пар фотонів та одиничних фотонів.

image
Схема процесу СПР. Зверніть увагу, що закони збереження стосуються енергії та імпульсу всередині кристала.

Основний процес

image
Схема СПР типу I
Відео експерименту, на якому показано флюктуації вакууму (у червоному кільці), підсилені СПР (що відповідає зображенню вище)

Нелінійний кристал використовується для поділу пучків фотонів на пари фотонів, які відповідно до закону збереження енергії та закону збереження імпульсу мають поєднані енергії та імпульси, рівні енергії та імпульсу вихідного фотона та кристалічної решітки. Оскільки показник заломлення змінюється з частотою, лише певні триплети частот будуть узгоджені по фазі, щоб можна було досягти одночасного збереження енергії та імпульсу. Фазове узгодження найчастіше досягається за допомогою двопроменезаломлюючих нелінійних матеріалів, показник заломлення яких змінюється з поляризацією. В результаті цього різні типи СПР класифікуються за поляризацією вхідного фотона (накачування) та двох вихідних фотонів (сигнального та холостого). Якщо сигнальний та холостий фотони мають однакову поляризацію між собою та зі зруйнованим фотоном накачування, це вважається СПР типу-0 ; якщо сигнальний та холостий фотони мають однакову поляризацію між собою, але є ортогональними до поляризації фотона накачування, це СПР типу I. Якщо сигнальний та холостий фотони мають перпендикулярну поляризацію, це вважається СПР типу II.

Ефективність перетворення SPDC, як правило, дуже низька, з найвищою ефективністю, отриманою близько 4 пар на 106 вхідних фотонів для періодично поляризованого ніобату літію у хвилеводах. Однак, якщо в будь-який момент виявляється одна половина пари ("сигнальний фотон"), тоді, як відомо, присутній її партнер ("холостий фотон"). Вихідний сигнал перетворювача типу I є стисненим вакуумом, який містить парну кількість фотонів. Вихід перетворювача типу II є двомодовим стисненим вакуумом.

Приклад

image
Схема СПР типу II

У конструкції апарату СПР, яка зазвичай використовується, потужний лазерний промінь, який називають накачуванням, спрямований на кристал [en] або кристал ніобату літію. Більшість фотонів проходять прямо крізь кристал. Однак іноді деякі фотони зазнають СПР типу II з кореляцією поляризації, а результуючі корельовані пари фотонів мають траєкторії, обмежені по краях двох конусів, осі яких симетрично розташовані відносно пучка накачування. Крім того, завдяки збереженню імпульсу, два фотони завжди симетрично розташовані по краях конусів щодо пучка накачування. Важливо, що траєкторії пар фотонів можуть існувати одночасно в двох лініях, де конуси перетинаються. Це призводить до переплутування пар фотонів, поляризація яких перпендикулярна.

Іншим кристалом є дигідрофосфат калію, який в основному використовується для СПР типу I, де обидва фотони мають однакову поляризацію.

Історія

СПР був описаний ще в 1970 році [en] та співавторами та Д. С. Бернхемом та Д. Л. Вайнбергом . Вперше він був застосований до експериментів, пов’язаних з когерентністю, двома незалежними парами дослідників наприкінці 1980-х: [en] та Яньхуа Ши, і [en] та [en]. Виявлено дуальність між некогерентним ([en]) та біфотонним випромінюванням.

Застосування

СПР дозволяє створювати оптичні поля, що містять (у гарному наближенні) один фотон. Станом на 2005 рік, це переважаючий механізм для експериментатора для створення одиночних фотонів (також відомих як стан Фока) . Поодинокі фотони, а також пари фотонів часто використовуються в експериментах з квантової інформації та таких застосуваннях, як квантова криптографія та [en].

СПР широко використовується для створення пар заплутаних фотонів з високим ступенем просторової кореляції. Такі пари використовуються у [en], в яких інформація поєднується з двох детекторів світла: звичайного багатопіксельного детектора, який не "бачить" об’єкт, та однопіксельного детектора, який "бачить" об’єкт.

Альтернативи

Як основу для більш ефективних джерел заплутаних пар фотонів запропоновано новий ефект випромінювання двох фотонів від напівпровідників з електричним керуванням. Крім парів фотонів, що генеруються СПР, фотони пари, що випромінюється напівпровідником, зазвичай не ідентичні, а мають різну енергію. Донедавна, в рамках обмежень квантової невизначеності, пара випромінюваних фотонів вважалася спільно розташованою: вони народжуються з одного місця. Однак новий нелокалізований механізм утворення корельованих пар фотонів у СПР підкреслив, що іноді окремі фотони, що складають пару, можуть випромінюватися з просторово розділених точок.

Див. також

[en]

Примітки

  1. Lerch, Stefan; Bessire, Bänz; Bernhard, Christof; Feurer, Thomas; Stefanov, André (1 квітня 2013). Tuning curve of type-0 spontaneous parametric down-conversion. Journal of the Optical Society of America B. 30 (4): 953—958. arXiv:1404.1192. Bibcode:2013JOSAB..30..953L. doi:10.1364/JOSAB.30.000953. ISSN 0740-3224.
  2. Boyd, Robert (2008). Nonlinear Optics, Third Edition. New York: Academic Press. с. 79–88. ISBN .
  3. Bock, Matthias; Lenhard, Andreas; Chunnilall, Christopher; Becher, Christoph (17 жовтня 2016). Highly efficient heralded single-photon source for telecom wavelengths based on a PPLN waveguide. Optics Express. 24 (21): 23992—24001. Bibcode:2016OExpr..2423992B. doi:10.1364/OE.24.023992. ISSN 1094-4087. PMID 27828232.
  4. P. Kwiat та ін. (1995). New High-Intensity Source of Polarization-Entangled Photon Pairs. Phys. Rev. Lett. 75 (24): 4337—4341. Bibcode:1995PhRvL..75.4337K. doi:10.1103/PhysRevLett.75.4337. PMID 10059884.
  5. Anton Zeilinger (12 жовтня 2010). The super-source and closing the communication loophole. Dance of the Photons: From Einstein to Quantum Teleportation. Farrar, Straus and Giroux. ISBN .
  6. Reck, M H A, (PDF), архів оригіналу (PDF) за 13 грудня 2019, процитовано 16 лютого 2014
  7. Klyshko D. N., Penin A. N., Polkovnikov B. F., "Parametric Luminescence and Light Scattering by Polaritons", JETP Lett. 11, 05 (1970) [ 27 серпня 2019 у Wayback Machine.]
  8. Burnham, D. C.; Weinberg, D. L. (1970). Observation of simultaneity in parametric production of optical photon pairs. Phys. Rev. Lett. 25 (2): 84. Bibcode:1970PhRvL..25...84B. doi:10.1103/physrevlett.25.84.
  9. D. Greenberger, M. Horne, and A. Zeilinger, "A Bell Theorem Without Inequalities for Two Particles, Using Efficient Detectors" (2005), note 18.
  10. Y. Shih and C. Alley, in Proceedings of the 2nd Int'l Symposium on Foundations of QM in Light of New Technology, Namiki et al., eds., Physical Society of Japan, Tokyo, 1986.
  11. Ghosh, R.; Mandel, L. (1987). Observation of Nonclassical Effects in the Interference of Two Photons. Phys. Rev. Lett. 59 (17): 1903—1905. Bibcode:1987PhRvL..59.1903G. doi:10.1103/physrevlett.59.1903. PMID 10035364.
  12. http://pra.aps.org/abstract/PRA/v62/i4/e043816 [Архівовано 12 листопада 2013 у Archive.is] - Duality between partial coherence and partial entanglement
  13. Zavatta, Alessandro; Viciani, Silvia; Bellini, Marco (2004). Tomographic reconstruction of the single-photon Fock state by high-frequency homodyne detection. Physical Review A. 70 (5): 053821. arXiv:quant-ph/0406090. Bibcode:2004PhRvA..70e3821Z. doi:10.1103/PhysRevA.70.053821.
  14. Walborn, S.P.; Monken, C.H.; Pádua, S.; Souto Ribeiro, P.H. (2010). Spatial correlations in parametric down-conversion. Physics Reports. 495 (4–5): 87—139. arXiv:1010.1236. Bibcode:2010PhR...495...87W. doi:10.1016/j.physrep.2010.06.003. ISSN 0370-1573.
  15. A. Hayat, P. Ginzburg, M. Orenstein, Observation of Two-Photon Emission from Semiconductors [ 16 серпня 2016 у Wayback Machine.], Nature Photon. 2, 238 (2008)
  16. Chluba, J.; Sunyaev, R. A. (2006). Induced two-photon decay of the 2s level and the rate of cosmological hydrogen recombination. Astronomy and Astrophysics. 446 (1): 39—42. arXiv:astro-ph/0508144. Bibcode:2006A&A...446...39C. doi:10.1051/0004-6361:20053988.
  17. Forbes, Kayn A.; Ford, Jack S.; Andrews, David L. (30 березня 2017). (PDF). Physical Review Letters. 118 (13): 133602. Bibcode:2017PhRvL.118m3602F. doi:10.1103/PhysRevLett.118.133602. PMID 28409956. Архів оригіналу (PDF) за 20 липня 2018. Процитовано 19 грудня 2020.
  18. Forbes, Kayn A.; Ford, Jack S.; Jones, Garth A.; Andrews, David L. (23 серпня 2017). (PDF). Physical Review A. 96 (2): 023850. Bibcode:2017PhRvA..96b3850F. doi:10.1103/PhysRevA.96.023850. Архів оригіналу (PDF) за 21 липня 2018. Процитовано 19 грудня 2020.

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет

Spontanne parametrichne rozsiyannya SPR ce ye nelinijnij mittyevij optichnij proces yakij peretvoryuye odin foton z vishoyu energiyeyu a same foton nakachuvannya u paru fotoniv a same signalnij foton i holostij foton z menshoyu energiyeyu vidpovidno do zakonu zberezhennya energiyi ta zakonu zberezhennya impulsu Ce vazhlivij proces u kvantovij optici dlya generaciyi zaplutanih par fotoniv ta odinichnih fotoniv Shema procesu SPR Zvernit uvagu sho zakoni zberezhennya stosuyutsya energiyi ta impulsu vseredini kristala Osnovnij procesShema SPR tipu I source source source source source source Video eksperimentu na yakomu pokazano flyuktuaciyi vakuumu u chervonomu kilci pidsileni SPR sho vidpovidaye zobrazhennyu vishe Nelinijnij kristal vikoristovuyetsya dlya podilu puchkiv fotoniv na pari fotoniv yaki vidpovidno do zakonu zberezhennya energiyi ta zakonu zberezhennya impulsu mayut poyednani energiyi ta impulsi rivni energiyi ta impulsu vihidnogo fotona ta kristalichnoyi reshitki Oskilki pokaznik zalomlennya zminyuyetsya z chastotoyu lishe pevni tripleti chastot budut uzgodzheni po fazi shob mozhna bulo dosyagti odnochasnogo zberezhennya energiyi ta impulsu Fazove uzgodzhennya najchastishe dosyagayetsya za dopomogoyu dvopromenezalomlyuyuchih nelinijnih materialiv pokaznik zalomlennya yakih zminyuyetsya z polyarizaciyeyu V rezultati cogo rizni tipi SPR klasifikuyutsya za polyarizaciyeyu vhidnogo fotona nakachuvannya ta dvoh vihidnih fotoniv signalnogo ta holostogo Yaksho signalnij ta holostij fotoni mayut odnakovu polyarizaciyu mizh soboyu ta zi zrujnovanim fotonom nakachuvannya ce vvazhayetsya SPR tipu 0 yaksho signalnij ta holostij fotoni mayut odnakovu polyarizaciyu mizh soboyu ale ye ortogonalnimi do polyarizaciyi fotona nakachuvannya ce SPR tipu I Yaksho signalnij ta holostij fotoni mayut perpendikulyarnu polyarizaciyu ce vvazhayetsya SPR tipu II Efektivnist peretvorennya SPDC yak pravilo duzhe nizka z najvishoyu efektivnistyu otrimanoyu blizko 4 par na 106 vhidnih fotoniv dlya periodichno polyarizovanogo niobatu litiyu u hvilevodah Odnak yaksho v bud yakij moment viyavlyayetsya odna polovina pari signalnij foton todi yak vidomo prisutnij yiyi partner holostij foton Vihidnij signal peretvoryuvacha tipu I ye stisnenim vakuumom yakij mistit parnu kilkist fotoniv Vihid peretvoryuvacha tipu II ye dvomodovim stisnenim vakuumom PrikladShema SPR tipu II U konstrukciyi aparatu SPR yaka zazvichaj vikoristovuyetsya potuzhnij lazernij promin yakij nazivayut nakachuvannyam spryamovanij na kristal en abo kristal niobatu litiyu Bilshist fotoniv prohodyat pryamo kriz kristal Odnak inodi deyaki fotoni zaznayut SPR tipu II z korelyaciyeyu polyarizaciyi a rezultuyuchi korelovani pari fotoniv mayut trayektoriyi obmezheni po krayah dvoh konusiv osi yakih simetrichno roztashovani vidnosno puchka nakachuvannya Krim togo zavdyaki zberezhennyu impulsu dva fotoni zavzhdi simetrichno roztashovani po krayah konusiv shodo puchka nakachuvannya Vazhlivo sho trayektoriyi par fotoniv mozhut isnuvati odnochasno v dvoh liniyah de konusi peretinayutsya Ce prizvodit do pereplutuvannya par fotoniv polyarizaciya yakih perpendikulyarna Inshim kristalom ye digidrofosfat kaliyu yakij v osnovnomu vikoristovuyetsya dlya SPR tipu I de obidva fotoni mayut odnakovu polyarizaciyu IstoriyaSPR buv opisanij she v 1970 roci en ta spivavtorami ta D S Bernhemom ta D L Vajnbergom Vpershe vin buv zastosovanij do eksperimentiv pov yazanih z kogerentnistyu dvoma nezalezhnimi parami doslidnikiv naprikinci 1980 h en ta Yanhua Shi i en ta en Viyavleno dualnist mizh nekogerentnim en ta bifotonnim viprominyuvannyam ZastosuvannyaSPR dozvolyaye stvoryuvati optichni polya sho mistyat u garnomu nablizhenni odin foton Stanom na 2005 rik ce perevazhayuchij mehanizm dlya eksperimentatora dlya stvorennya odinochnih fotoniv takozh vidomih yak stan Foka Poodinoki fotoni a takozh pari fotoniv chasto vikoristovuyutsya v eksperimentah z kvantovoyi informaciyi ta takih zastosuvannyah yak kvantova kriptografiya ta en SPR shiroko vikoristovuyetsya dlya stvorennya par zaplutanih fotoniv z visokim stupenem prostorovoyi korelyaciyi Taki pari vikoristovuyutsya u en v yakih informaciya poyednuyetsya z dvoh detektoriv svitla zvichajnogo bagatopikselnogo detektora yakij ne bachit ob yekt ta odnopikselnogo detektora yakij bachit ob yekt AlternativiYak osnovu dlya bilsh efektivnih dzherel zaplutanih par fotoniv zaproponovano novij efekt viprominyuvannya dvoh fotoniv vid napivprovidnikiv z elektrichnim keruvannyam Krim pariv fotoniv sho generuyutsya SPR fotoni pari sho viprominyuyetsya napivprovidnikom zazvichaj ne identichni a mayut riznu energiyu Donedavna v ramkah obmezhen kvantovoyi neviznachenosti para viprominyuvanih fotoniv vvazhalasya spilno roztashovanoyu voni narodzhuyutsya z odnogo miscya Odnak novij nelokalizovanij mehanizm utvorennya korelovanih par fotoniv u SPR pidkresliv sho inodi okremi fotoni sho skladayut paru mozhut viprominyuvatisya z prostorovo rozdilenih tochok Div takozh en PrimitkiLerch Stefan Bessire Banz Bernhard Christof Feurer Thomas Stefanov Andre 1 kvitnya 2013 Tuning curve of type 0 spontaneous parametric down conversion Journal of the Optical Society of America B 30 4 953 958 arXiv 1404 1192 Bibcode 2013JOSAB 30 953L doi 10 1364 JOSAB 30 000953 ISSN 0740 3224 Boyd Robert 2008 Nonlinear Optics Third Edition New York Academic Press s 79 88 ISBN 978 0 12 369470 6 Bock Matthias Lenhard Andreas Chunnilall Christopher Becher Christoph 17 zhovtnya 2016 Highly efficient heralded single photon source for telecom wavelengths based on a PPLN waveguide Optics Express 24 21 23992 24001 Bibcode 2016OExpr 2423992B doi 10 1364 OE 24 023992 ISSN 1094 4087 PMID 27828232 P Kwiat ta in 1995 New High Intensity Source of Polarization Entangled Photon Pairs Phys Rev Lett 75 24 4337 4341 Bibcode 1995PhRvL 75 4337K doi 10 1103 PhysRevLett 75 4337 PMID 10059884 Anton Zeilinger 12 zhovtnya 2010 The super source and closing the communication loophole Dance of the Photons From Einstein to Quantum Teleportation Farrar Straus and Giroux ISBN 978 1 4299 6379 4 Reck M H A PDF arhiv originalu PDF za 13 grudnya 2019 procitovano 16 lyutogo 2014 Klyshko D N Penin A N Polkovnikov B F Parametric Luminescence and Light Scattering by Polaritons JETP Lett 11 05 1970 27 serpnya 2019 u Wayback Machine Burnham D C Weinberg D L 1970 Observation of simultaneity in parametric production of optical photon pairs Phys Rev Lett 25 2 84 Bibcode 1970PhRvL 25 84B doi 10 1103 physrevlett 25 84 D Greenberger M Horne and A Zeilinger A Bell Theorem Without Inequalities for Two Particles Using Efficient Detectors 2005 note 18 Y Shih and C Alley in Proceedings of the 2nd Int l Symposium on Foundations of QM in Light of New Technology Namiki et al eds Physical Society of Japan Tokyo 1986 Ghosh R Mandel L 1987 Observation of Nonclassical Effects in the Interference of Two Photons Phys Rev Lett 59 17 1903 1905 Bibcode 1987PhRvL 59 1903G doi 10 1103 physrevlett 59 1903 PMID 10035364 http pra aps org abstract PRA v62 i4 e043816 Arhivovano 12 listopada 2013 u Archive is Duality between partial coherence and partial entanglement Zavatta Alessandro Viciani Silvia Bellini Marco 2004 Tomographic reconstruction of the single photon Fock state by high frequency homodyne detection Physical Review A 70 5 053821 arXiv quant ph 0406090 Bibcode 2004PhRvA 70e3821Z doi 10 1103 PhysRevA 70 053821 Walborn S P Monken C H Padua S Souto Ribeiro P H 2010 Spatial correlations in parametric down conversion Physics Reports 495 4 5 87 139 arXiv 1010 1236 Bibcode 2010PhR 495 87W doi 10 1016 j physrep 2010 06 003 ISSN 0370 1573 A Hayat P Ginzburg M Orenstein Observation of Two Photon Emission from Semiconductors 16 serpnya 2016 u Wayback Machine Nature Photon 2 238 2008 Chluba J Sunyaev R A 2006 Induced two photon decay of the 2s level and the rate of cosmological hydrogen recombination Astronomy and Astrophysics 446 1 39 42 arXiv astro ph 0508144 Bibcode 2006A amp A 446 39C doi 10 1051 0004 6361 20053988 Forbes Kayn A Ford Jack S Andrews David L 30 bereznya 2017 PDF Physical Review Letters 118 13 133602 Bibcode 2017PhRvL 118m3602F doi 10 1103 PhysRevLett 118 133602 PMID 28409956 Arhiv originalu PDF za 20 lipnya 2018 Procitovano 19 grudnya 2020 Forbes Kayn A Ford Jack S Jones Garth A Andrews David L 23 serpnya 2017 PDF Physical Review A 96 2 023850 Bibcode 2017PhRvA 96b3850F doi 10 1103 PhysRevA 96 023850 Arhiv originalu PDF za 21 lipnya 2018 Procitovano 19 grudnya 2020

Дата публікації:
Топ