Введение 3
Глава 1. Спонтанное четырехволновое смешение 5
1.1. Классическое описание четырехволнового смешения 7
1.2. Описание СЧВС в рамках квантовой механики 10
Глава 2. Нановолокна 14
2.1. Методы изготовления нановолокон 17
2.2. Характеристики оптических волокон 18
2.3. Однофотонные источники на основе нановолокон 23
Глава 3. Исследование спектральной интенсивности бифотонного поля 26
3.1. Эксперимент 26
3.2. Теоретический расчет спектральной интенсивности 33
Заключение
Сегодня очень актуальна тема квантовых оптических технологий, развитие которых позволит внедрить принципиально новые методы оптической обработки и передачи информации с использованием законов квантовой механики. Наибольшие успехи достигнуты в области реализации протоколов квантовой связи, таких как квантовое распределение ключа и квантовая телепортация. Кроме того, ведутся активные исследования, направленные на создание оптических квантовых компьютеров.
Одним из основных устройств разрабатываемых оптических систем квантовой связи и квантовых вычислений является источник однофотонных состояний электромагнитного поля. Такой источник может быть реализован различными способами, среди которых широкое распространение получило условное приготовление однофотонных состояний с использованием нелинейных оптических эффектов, таких как спонтанное четырехволновое смешение (СЧВС). В процессе СЧВС при воздействии на нелинейную среду излучения накачки происходит спонтанное рождение коррелированных пар фотонов или бифотонов. Основной характеристикой бифотонного поля является двухфотонная спектральная интенсивность - зависимость плотности вероятности рождения пар фотонов от их частот. Поэтому исследование спектральных корреляций бифотонного поля является необходимым шагом в разработке подобных источников. Что касается нелинейных материалов, большой практический интерес вызывают суженные оптические волокна, или нановолокна, позволяющие существенно повысить эффективность СЧВС и достичь максимально возможного согласования с волоконными оптическими линиями связи. Двухфотонная спектральная интенсивность поля СЧВС, генерируемого в таких нановолокнах, детально ещё не исследовалась.
Целью настоящей работы является экспериментальное наблюдение
• Наблюдение спонтанного четырехволнового смешения в оптических нановолокнах и измерение спектральной интенсивности бифотонного поля;
• Теоретический расчет вектора состояния и спектральной интенсивности бифотонного поля;
• Сравнение и анализ полученных теоретических и экспериментальных результатов.
В ходе выполнения работы экспериментально и теоретически исследовано спонтанное четырехволновое смешение (СЧВС) в оптическом нановолокне. Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом:
1. Впервые экспериментально измерена двухфотонная спектральная интенсивность бифотонного поля, генерируемого в процессе СЧВС в оптическом нановолокне;
2. Выполнен теоретический расчет двухфотонной спектральной интенсивности бифотонного поля, генерируемого в процессе СЧВС;
3. Достигнуто хорошее согласие теоретического расчета с результатами измерений. Теоретическая оценка диаметра нановолокна составила (887 ± 1)нм, что в пределах погрешности совпадает с диаметром, измеренным с помощью сканирующего электронного микроскопа ((890 ± 12)нм).
На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, измерение спектральной интенсивности бифотонного поля, генерируемого в оптическом нановолокне, позволяет с высокой точностью определить радиус волокна при известном значении показателя преломления используемого материала.
В заключение, хочу выразить благодарность младшему научному сотруднику КФТИ - обособленного структурного подразделения ФИЦ Каз- НЦ РАН Шухину А.А. за ценные советы и помощь при выполнении эксперимента.
