Спонтанный параметрический распад (СПР) является нелинейно¬оптическим эффектом, в результате которого генерируются пары одиночных фотонов, определенные характеристики которых могут проявлять корреляции. Корреляции могут наблюдаться по времени и месту рождения фотонов, спектральной частоте, углу разлёта, поляризации и другим характеристикам. Фотоны, характеристики которых скоррелированны, принято называть - коррелированными. Корреляции между фотонами могут быть использованы для получения фантомных изображений [1], в этом случае проявляются корреляции, связанные с углом разлёта. Используя корреляции по частоте, возможно получение увеличенных изображений [2]. Значительная часть свойств генерированных фотонов хорошо описываются классической теорией, что значительно упрощает понимание происходящих процессов. С другой стороны, такие фотоны так же могут проявлять и квантовую природу, так, например, на основе коррелированных фотонов возможно создание запутанных состояний, которые могут быть использованы, например, для шифрования информации при передаче данных [3]. Поскольку такие процессы носят исключительно случайных характер, дешифрация подобных сообщений при отсутствии ключа затруднительна. Другие приложения коррелированных фотонов можно узнать в работах [4-6].
Широкий спектр применения коррелированных фотонов определяет необходимость проектирования и создания источников с требуемыми характеристиками. Целью данной работы является разработка источника коррелированных фотонов в ближнем инфракрасном диапазоне, а также исследование характеристик коррелированных фотонов, генерируемых в процессе спонтанного параметрического распада в условиях первого и второго типов синхронизма. На основе поставленной цели были определены следующие задачи:
- сравнить коллинеарную и неколлинеарную схемы генерации коррелированных фотонов, определить их преимущества и недостатки;
- исследовать поляризационные и временные характеристики коррелированных фотонов при реализации первого типа синхронизма в кристалле бета-бората бария;
- исследовать поляризационные и временные характеристики коррелированных фотонов при реализации второго типа синхронизма в кристалле титанил-фосфат калия.
В дальнейшем, описанные источники планируется использовать для получения квантовых фантомных изображений.
В работе рассмотрены две схемы: коллинеарная и неколлинеарная. В неколлинеарной схеме спонтанный параметрический распад реализован в кристалле бета-бората бария. Генерация коррелированных фотонов происходила при выполнении условий, соответствующих первому типу синхронизма, при этом излучение распространялось вдоль образующих конуса. Среди недостатков схемы можно отметить необходимость использования дополнительной юстировочной схемы для определения направления разлёта фотонов. Из преимуществ, стоит отметить отсутствие необходимости фильтрации основного излучения, из-за которой уменьшается процент корреляции. В результате работы с данной схемой замечено большое влияние фильтров, в данном случае максимальная эффективность которых составляла порядка 80% с достаточно широкой полосой пропускания - 40 нм. На конечное число корреляций влияло качество введение излучения в оптоволокно и потери в нём. Сочетание всех указанных факторов привело к тому, что коэффициент корреляции не превышал 8%. Время корреляции фотонов составило порядка 0,7 нс. Опробован метод определения времени корреляции при условии, что время регистрации на несколько порядков больше времени корреляции. В таком случае время корреляции составило 6,6 нс. Поляризация коррелированных фотонов соответствовала первому типу синхронизма.
Для реализации коллинеарной схемы использовался периодически поляризованный кристалл титанил-фосфат калия. Коррелированные фотоны генерировались при условии компенсации фазовой расстройки для второго типа синхронизма вектором обратной решётки. В результате генерируемое излучение распространялось совместно с основным излучением. Данная особенность позволяла юстировать схему без дополнительных приспособлений. Холостое и сигнальное излучения отделялись от основного при помощи дихроичного зеркала. Был установлен более качественный светофильтр с максимумом пропускания 99% и полосой пропускания 10 нм. Номинально предполагалось, что максимум пропускания будет на длине волны 810 нм, однако, в действительности максимум пропускания фильтров находился в районе 809 нм, что сказалось на дальнейшей постановке эксперимента, при которой потребовалось подобрать оптимальную температуру кристалла для максимального пропускания светофильтров. Данная температура составила 292 К. В дальнейшем планируется заказать оптимальные светофильтры с полосой пропускания 1 нм. С учетом всех факторов был получен коэффициент корреляции порядка 25%. Время корреляции фотонов так же составило порядка 0,7 нс. Поляризация фотонов соответствовала второму типу синхронизма.
Источники на основе данных схем, рассмотренные в работе, в дальнейшем будут оптимизированы и использованы для получения фантомных изображений.
