Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Изображение перепутанными фотонами




 

Традиционные способы получения изображения на экране, при помощи очков, бинокля и других оптических устройств основаны на перераспределении интенсивности света путем использования преломляющих свет поверхностей, явлений дифракции и интерференции. Другой метод, основанный на корреляции, то есть согласовании кратковременных сигналов, приходящих от двух датчиков, предложили Роберт Хэнбери Браун и Р. Твисс в 1957 г. Использование перепутанных состояний и метода двухфотонных корреляций позволило получить в 1995 г. изображение объекта фотоном, который не входил в контакт с объектом. Способ называется техникой скрытого изображения (ghost imaging). Его практическое применение возможно в квантовой метрологии и литографии.

Лазер Л на рис. 12 посылает фотон накачки 0 на нелинейный кристалл К с типом II спонтанного параметрического рассеяния. Рожденные перепутанные фотоны 1 и 2 имеют отличающиеся длины волн, двигаются коллинеарно и поляризованы взаимно перпендикулярно. Дисперсия в призме П уводит непрореагировавшие фотоны накачки 0 в сторону и они поглощаются. Поляризационная призма-делитель Д разводит фотоны 1 и 2 по взаимно перпендикулярным направлениям благодаря различию в их поляризации. Сигнальный фотон 1 проходит через линзу с фокусным расстоянием и попадает на объект в виде транспаранта Т с коэффициентом пропускания . Далее фотон направляется линзой с фокусным расстоянием 25 мм на неподвижный фотодетектор с диаметров входного отверстия 0,5 мм, который собирает все излучение, прошедшее через транспарант, не выделяя его формы. С фотодетектора электрический сигнал поступает на регистратор совпадений A.

 

 

Рис. 12. Получение изображения амплитудного объекта Т

 

Холостой фотон 2 попадает в открытый конец световода С диаметром 0,5 мм, который сканирует в поперечном направлении световой поток и положение которого отображается на экране. Фотосигнал со световода поступает к детектору , откуда электрический сигнал попадает на регистратор A. На экране отображается пространственное положение конца световода С в случае одновременного прихода сигналов от детекторов и . Линзы установлена так, что выполняется

 

, (5)

 

где a – расстояние от транспаранта Т до линзы ; b – сумма расстояний вдоль оптического пути от линзы до кристалла К и от кристалла К до открытого конца световода С. На экране регистратора совпадений появляется изображение транспаранта Т с коэффициентом увеличения

 

.

 

Качество изображения высокое, его видность V достигает единицы, где

 

,

 

– интенсивность темного участка изображения, – интенсивность светлого участка изображения. Замечательно, что фотоны 2, у которых регистрируется поперечное пространственное положение, отображаемое на экране, не проходят через транспарант.

Для объяснения результатов эксперимента учитываем, что если известен импульс одного из перепутанных фотонов пары, то однозначно определяется импульс и направление движения второго фотона на основании (1) и (2). Тогда схему рис. 12 можно заменить эквивалентной схемой рис. 13. В случайных точках i, j, k кристалла К рождаются фотоны 1 и 2, распространяющиеся в противоположные стороны согласно законам сохранения (1). Условие одновременной регистрации фотонов 1 и 2 детекторами и приводит к корреляции между фотоотсчетами в канале холостых фотонов 2 и вероятностью пропускания транспарантом Т сигнальных фотонов 1. Повышенная концентрация траекторий фотонов, создаваемая линзой с фокусным расстоянием f, образует сфокусированное изображение, регистрируемое детектором и удовлетворяющее (5).

 

 

Рис. 13. Изображение методом двухфотонных совпадений

 

В схеме рис. 12 транспарант имеет амплитудное пропускание и для получения изображения существенна согласованность между фотонами пары по моменту и месту рождения и по направлениям распространения. Это могут обеспечить не только перепутанные фотоны, но и прерывистый классический источник света, каждый импульс которого направляется по двум каналам. Перепутывание отличается согласованностью не только по времени и месту испускания фотонов пары, по их частоте и импульсу, но и по фазе, что существенно для получения изображения фазового объекта. Рассмотрим такой объект.

 

 

Рис. 14. Получение изображений амплитудного и фазового объектов

 

Лазер Л на рис. 14 посылает фотон накачки 0 на кристалл К с типом I спонтанного параметрического рассеяния. Рождаются перепутанные фотоны 1 и 2. Непрореагировавший фотон 0 поглощается. Сигнальный фотон 1 проходит экран Э с двумя щелями. Дифрагированные волны интерферируют в параллельных лучах и собираются короткофокусной линзой на неподвижный фотодетектор , с которого электрический сигнал поступает на регистратор совпадений A. Холостой фотон 2 проходит линзу с фокусным расстоянием f и попадает в световод С. Приемный конец световода сканирует световой канал в фокальной плоскости линзы , или в плоскости изображения . Фотосигнал со световода преобразуется детектором в электрический сигнал, который поступает к регистратору совпадений A. Регистратор A отображает на экране случаи одновременного прихода сигналов от детекторов и как функцию пространственного положения конца световода С.

Положения плоскости изображения и экрана Э удовлетворяют формуле линзы

,

 

где , , , . При сканировании световодом плоскости формируется изображение щелей экрана Э аналогично рис. 12 и 13.

При сканировании фокальной плоскости возникает картина дифракции на двух щелях с интерференцией в параллельных лучах, показанная на рис. 15.

 

 

Рис. 15. Дифракция на двух щелях

 





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-10-01; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 421 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Если вы думаете, что на что-то способны, вы правы; если думаете, что у вас ничего не получится - вы тоже правы. © Генри Форд
==> читать все изречения...

2788 - | 2706 -


© 2015-2025 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.01 с.