Интерферометрия — что можно получить, используя нелинейные светоделители вместо линейных: Лекция профессора Герда Лейкса

Интерференция — наиболее яркое явление в любой волновой динамике. В оптике интерференция происходит, когда свет, исходящий из одной точки пространства, распространяется по разным траекториям, которые затем вновь накладываются друг на друга. Одним из прототипов такой интерференции является спектрометр.

Самый простой интерферометр с одним светоделителем расщепляет падающий свет на два луча и объединяет их на следующем светоделителе. Он позволяет проводить точные измерения пространственных смещений, сил, концентраций газов, показателей преломления и так далее. Такие светоделители обычно представляют собой линейные оптические элементы.

Существует другой тип светоделителей, который разделяет фотон с более высокой энергией на два фотона с более низкой энергией, соблюдая при этом закон сохранения энергии. Данный процесс называется параметрическим понижающим преобразованием (PDC). Одним из первооткрывателей данного явления был профессор Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова Давид Николаевич Клышко.

Два эти типа кардинально различаются. Предположим, что фотон попадает в светоделитель через один из двух входных портов. Затем вы найдёте на двух выходных портах:

(1) в случае линейного светоделителя; суперпозиция: (а) один фотон в одном выходном порте и ни одного фотона в другом, и (б) нет фотона в одном выходном порте и один в другом;

(2) в случае нелинейного светоделителя; ровно один фотон на каждый выходной порт.

Если попытаться измерить свет на выходе, результат будет зашумлённым в случае (1) — результат измерения неопределён, в то время как в случае (2) результат будет чётко определён и не зашумлён. Поэтому можно предположить, что случай (2) обеспечит более высокую точность, и в некоторых случаях это действительно так. На основании теоретико-групповых описаний случай (1) называется SU (2) — интерферометром, а случай (2) - SU (1,1) - интерферометром.

В лекции профессора Герда Лейкса (Gerd Leuchs) (Германия) «Interferometry — what can be gained by using nonlinear instead of linear beam splitters» рассмотрены эксперименты, проведённые на различных моделях интерферометров.

Лекция прошла в рамках международной научной конференции Science and Progress–2020.