Введение 5
Глава 1. Спонтанное параметрическое рассеяние 7
1.1. Основы теории спонтанного параметрического рассеяния 7
1.2. Типы синхронизма параметрического рассеяния и спектральная ширина
бифотонного поля 11
1.3. Однофотонный источник на основе СПР 21
1.4. Метод регистрации бифотонных полей 25
Глава 2. Управление спектром СПР в кристаллах с периодической доменной структурой с помощью внешнего электрического поля 28
2.1. Электрооптический эффект в анизотропных средах 28
2.3. Управление спектром спонтанного параметрического рассеяния света с
помощью внешнего электрического поля 30
2.3. Результаты эксперимента 38
Заключение 42
Литература 43
Приложение
Явление спонтанного параметрического рассеяния (СПР) света в нелинейных кристаллах широко используется в современной квантовой оптике для проведения экспериментов по различным направлениям квантовой информатики, таким как квантовые вычисления, квантовая криптография и квантовая метрология. Отличительными особенностями СПР являются широкий непрерывный спектр, не связанный непосредственно с собственными частотами вещества, и двухфотонный характер излучения. Эти особенности позволяют использовать СПР для генерации различных неклассических состояний света, в частности - однофотонных состояний, используемых в качестве носителей информации в оптических квантовых компьютерах и квантовых сетях связи. При этом требуется высокая чистота генерируемых состояний, что подразумевает, в частности, высокую стабильность источника по длине волны. Кроме того, точная настройка по длине волны требуется и для реализации эффективного взаимодействия генерируемых однофотонных импульсов с атомами. Традиционный способ перестройки и стабилизации источника по частоте с помощью температуры является медленным и, кроме того, не позволяет сохранять максимальную эффективность источника, которая часто достигается в узком интервале температур. С этой точки зрения представляет интерес разработка альтернативного подхода, использующего для частотной перестройки электрооптический эффект.
Целью настоящей работы является определение возможностей частотной перестройки и стабилизации однофотонных источников на основе СПР с помощью внешнего электрического поля.
Для достижения данной цели требовалось решение следующих задач:
1. Теоретическое исследование влияния внешнего электрического поля на спектральные характеристики коррелированных пар фотонов, рождаемых в процессе СПР. Численное моделирование спектра СПР в зависимости от напряжённости и направления внешнего однородного электрического поля для различных режимов СПР и различных типов нелинейных кристаллов.
2. Разработка оптической схемы и постановка эксперимента, демонстрирующего управление спектром СПР с помощью внешнего электрического поля в кристалле ниобата лития с периодической доменной структурой.
В ходе выполнения работы теоретически и экспериментально исследована возможность управления спектром спонтанного параметрического рассеяния света в нелинейных кристаллах с помощью внешнего электрического поля.
Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом:
1. Произведён расчёт зависимости спектра СПР в нелинейных кристаллах KTiOPO4 и LiNbO3:MgO с периодической доменной структурой от величины внешнего однородного электрического поля. Рассмотрены различные варианты противонаправленного режима СПР в периодически модулированном кристалле KTP, и определён тип синхронизма, обладающий наибольшей чувствительностью спектра к внешнему полю.
2. Разработана оптическая схема и поставлен эксперимент, демонстрирующий возможности управления спектром СПР в периодически модулированном кристалле LiNbO3:MgO.
На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что управление спектром СПР с помощью внешнего электрического поля является перспективным методом частотной перестройки и стабилизации однофотонных источников на основе СПР.
