Интерференция бифотонных полей

• Автор: Бурлаков, Андрей Вячеславович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Глава I. Спонтанное параметрическое рассеяние света в
неоднородных средах
§ 1. Интерференция бифото иных волновых пакетов
§2. Вектор состояния бифотонного поля
§3. Частотно-угловой спектр интенсивности СПР
3.1. Скорость счёта фотонов в поле СПР
3.2. Угловая форма линии при наличии диссипации
§4. Частотно-угловой спектр совпадений фотоотсчётов при СПР
4.1. Скорость счёта совпадений в поле СПР
4.2. Угловая форма линии четвёртого порядка
Глава П. Интерференция бифотонных полей второго порядка
§ 5. Основные понятия и обзор литературы
5.1. Нелинейная интерференция и дифракция в спектроскопии
и квантовой оптике
5.2. Нелинейные интерферометры Юнга и Маха-Цендера
§6. Интерференция второго порядка в нелинейной схеме Юнга
6.1 Угловая форма линии сигнального излучения
6.2 Схема и результаты эксперимента
§7. Нелинейная схема Юнга с распределённым поглощением
§8. Интерференция 2-го порядка в нелинейной схеме Маха-Цендера
§9. Трёхчастотная интерферометрия
9.1 Линейная диспергирующая прослойка
9.2 Система нелинейный кристалл - нелинейный кристалл

Глава III. Интерференция бифотонных полей четвёртого порядка
§10. Интерференция “независимых” бифотонов в литературе
§11. Интерференция четвёртого порядка в нелинейной схеме Юнга
§12. Интерференция поляризованных бифотонов
12.1 Поляризационное состояние бифотонного поля
12.2 Интерферометрическая методика приготовления бифотонных полей в заданных состояниях
12.3 Спектральный подход к интерференции бифотонных полей
12.4 Экспериментальные результаты
§ 13. Интерференция 4-го порядка в условиях многомодовой накачки
Заключение
Список литературы

Диссертационная работа посвящена комплексному экспериментальному исследованию интерференционных эффектов второго и четвертого порядков но полю при спонтанном параметрическом рассеянии (СГ1Р) света, возникающих вследствие пространственной неоднородности объема нелинейного взаимодействия. СПР представляет интерес как наиболее эффективный и легкодоступный источник бифотонных полей, являющихся одним из видов неклассического света с уникальными характеристиками. Основное внимание в работе уделяется определению и последующему анализу принципиальных условий, при которых указанные эффекты возникают, а также их физической интерпретации.
Несмотря на некоторую экзотичность используемого в диссертационной работе излучения, для непротиворечивого описания которого требуется квантование рассеянного поля, наблюдаемые эффекты, несомненно, имеют много общих черт с интерференцией обычных (классических) полей - явления, известного уже несколько столетий и имеющего богатую историю. Впервые интерференция второго порядка по полю, приводящая к пространственному перераспределению интенсивности при суперпозиции нескольких полей, наблюдалась, по-видимому, еще Р. Бойлем и Р. Гуком* в XVII веке, однако её последовательное объяснение было дано лишь в начале XIX века Томасом Юнгом и Жаком Френелем, опиравшимися на сугубо волновое описание природы света. Несколько позже видимый успех волнового языка существенно подкрепил У. Максвелл введением связанной системы уравнений, описывающих эволюцию электромагнитного поля и успешно используемых и по сей день в классической электродинамике. Разработанная на рубеже Х1Х-ХХ веков теория интерференционных эффектов и техника эксперимента легли в основу многочисленных спектроскопических методик исследования линейных (а с началом лазерной эпохи и нелинейных) веществ (см., напр., [1]).
* Р. Бойль и Р. Гук независимо наблюдали интерференционную картину в виде так называемых “колец Ньютона”.

5.2. Нелинейные интерферометры Юнга и Маха-Цендера
В данной работе предлагаются две основные геометрии для наблюдения интерференции бифотонных полей (рис. ЛЬ,с и 5Ь), которые, по аналогии с хорошо известными в линейной оптике схемами Юнга (рис. О а) и Маха-Цендера (рис. 5а), можно назвать нелинейными интерферометрами Юнга и Маха-Цендера* (вместо термина “нелинейный” в данном контексте иногда используется термин “активный” интерферометр в противоположность “пассивным” линейным схемам). Нелинейные аналоги линейных схем получаются простой заменой “линейных” элементов на нелинейные кристаллы А и В.
Как следует из §3.2, для наблюдения интерференции бифотонных полей второго порядка (одним детектором Л) в нелинейной схеме Юнга (рис. ЛЬ), представляющей собой “поперечную” неоднородность формы объёма взаимодействия, при заданных длине кристалла Ь и величине характерной неоднородности а, необходим выбор достаточно больших углов рассеяния холостых волн 0' » агЩап(й / V) при произвольных углах распространения сигнального излучения. При этом фаза интерференционной картины имеет следующий вид: Д(р = (Дф^ - Дф&?)+Дф^ -(урА - ФрВ), где Дф«р обозначает оптический набег фазы рассеянных полей между элементами аир рассматриваемой схемы и (рра -фаза накачки на входе в соответствующий кристалл. В свою очередь, степень корреляции фотоотсчётов в “сигнальном” Дт и “холостом” I детекторах будет обнаруживать интерференцию интенсивностей (рис. 4с) при выборе малых углов рассеяния 0О <зс агЩап(а/Ь) сигнального излучения (детектор / считается неподвижным). Фаза интерференционной модуляции углового спектра в этом случае: Дф = (Дф^ + Дф^,)-(Дфи + Дфй/)-(ф^-фрВ). В данной работе продемонстрированы интерференционные эффекты в нелинейном интерферометре Юнга как первого (§6), так и второго (§8) типа. Заметим, что интерференция интенсивностей, наблюдаемая по корреляции фототсчётов в двух детекторах, зависит от суммы оптических путей сигнальных и холостых фотонов, а не от разности, как в соответствующей линейной схеме на рис. 4а (в этом случае общая фаза имеет вид
* Термин “нелинейный интерферометр Маха-Цендера” для указанной конфигурации нелинейных кристаллов применяется здесь не впервые (см., напр., [84], где исследовалась фазовая чувствительность данной схемы).