ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сжатие флуктуаций из "Квантовая оптика в фазовом пространстве " В недавних экспериментах по резонансной флюоресценции проявилось ещё одно впечатляющее свойство поля излучения. Экспериментальная кривая на рис. 1.7 показывает, что флуктуации поля сжаты. [c.23] В самой простой ситуации распределение векторов поля симметрично по двум переменным комплексного пространства относительно среднего поля. Однако, для различных приложений в интерферомет-зии важно с высокой точностью измерять фазу поля. В этом случае амплитуда нам не столь интересна. Поэтому выгодно несимметричным образом перераспределить квантовые флуктуации. Так как мы должны сохранить плош,адь в фазовом пространстве, или, скорее, объём под распределением, уменьшение флуктуаций одной переменной ведёт к возрастанию флуктуаций другой переменной. Это явление имеет определённую аналогию с выдавливанием зубной пасты из тюбика. Поэтому-то выражение сжатие флуктуаций стало популярным. [c.24] Отметим, что возможен также и обратный процесс. Мы можем создать свет с частотой ио из излучения с частотой 2ио. Этот процесс называют параметрической даун-конверсией. [c.25] Для простоты опустим пространственную часть и рассмотрим единственно зависимость от времени. Чтобы прояснить самое существенное, мы сосредоточимся на ОПО. [c.25] Как осуществить сжатие Вернёмся теперь к вопросу сжатия для ОПО. Для того чтобы создать сжатое состояние, нужно иметь возможность асимметричным образом манипулировать двумя переменными фазового пространства. Нелинейное взаимодействие (1.1) как заз и добивается этого. Свет, созданный ОПО, то есть при генерации второй гармоники, оказывается сжатым. [c.27] Схема знаменитого эксперимента по генерации сжатого света представлена на рис. 1.9. Здесь был использован процесс генерации субгармоник. Излучение кольцевого лазера с частотой 2ио служит накачкой для оптического параметрического осциллятора, связанного с резонатором. Нелинейная среда генерирует субгармоническое излучение, и из эезонатора выходит свет с частотой ио. Он смешивается с излучением той же частоты, которое было отражено светоделителем, обладаюш,им частотной селективностью, и не прошло через резонатор. Подвижное зеркало регулирует фазу этого поля. Так как это поле сильное, мы называем его локальным осциллятором. [c.27] Детектирование сжатия. Но как измерить подавление квантовых флуктуаций Инструментом, решаюш,им проблему измерения флуктуаций, является так называемый гомодинный детектор, показанный в нижней части рис. 1.9. Здесь с помош,ью светоделителя сжатый свет смешивается с сильным классическим полем. Мы измеряем результи-эуюш,ие интенсивности света в двух выходных каналах светоделителя, преобразовав их в токи 1 и %2 фотоэлектронов, которые вычитаем друг из друга и записываем их разность г (t) как функцию времени. Этот ток флуктуирует около среднего значения (г ), где угловыми скобками обозначено усреднение по времени. Статистика этих флуктуаций даёт нам полную функцию распределения для разностного тока и, в частности, её второй момент V, который является мерой ширины распределения. Данный эксперимент выполнен для фиксированной фазы I между двумя полями, приходяш,ими на светоделитель. [c.27] Когда мы закрываем вход для параметрического осциллятора, с локальным осциллятором смешивается только поле вакуума. Так как поле вакуума инвариантно относительно враш,ения, флуктуации V не зависят от относительной фазы 9, как показано штриховой линией на зис. 1.10. [c.27] Сжатое состояние, напротив, имеет асимметрию в фазовом пространстве, и поэтому флуктуации чувствительны к фазе. Теперь, когда мы меняем фазу, флуктуации могут падать ниже, либо становиться выше уровня вакуумных флуктуаций, как на это указывает осцилли-зуюш,ая кривая на рис. 1.10. [c.27] Когерентное состояние, которое является самой простой аппроксимацией лазерного поля, имеет пуассоновское распределение числа фотонов. Напротив, в сжатом состоянии статистика фотонов описывается осциллирующей функцией распределения, как это было измерено экспериментально группой Д. Млинека и показано на рис. 1.11. [c.28] Есть много объяснений этого удивительного эффекта. Самое прямое объяснение использует идею интерференции в фазовом пространстве. [c.28] Эксперимент Янга с двумя шмелями в терминах фазового пространства. Этот пример отчётливо демонстрирует, что интерференция в фазовом пространстве очень похожа на знакомый эксперимент с двумя щелями. В обоих случаях есть два интерферирующих вклада в полную вероятность детектирования некоторого точно определённого выходного сигнала. В одном случае эти два вклада приходят от двух щелей. В другом случае они возникают от двух различных областей перекрытия в фазовом пространстве. Разность фаз в эксперименте со щелями определяется разницей длин оптических путей от центров двух щелей до точки детектирования. Точно так же, амплитуды вероятности двух вкладов в выражении (1.3) имеют разность фаз. В этом смысле знаменитый интерференционный эксперимент Янга обобщается на явление интерференции в фазовом пространстве. [c.30] Вернуться к основной статье