Optyczny dualizm przestrzenno-czasowy: zastosowania w optyce kwantowej

Transkrypt

1 Sympozjum IFD, Optyczny dualizm przestrzenno-czasowy: zastosowania w optyce kwantowej Michał Karpiński Zakład Optyki IFD UW Optical Quantum Technologies Group, Clarendon Laboratory, University of Oxford

2 f

3 Optyka falowa E x, z, t = A x, z e i(k 0z ω 0 t) x z Dyfrakcja (Fresnela): A(x,z) z = i 2k 0 2 A(x,z) x 2 światłowód Foster et al., Optics & Photonics News 22, 29 (2011) z E, z, t = A, z e i(k 0z ω 0 t) W ośrodku o dyspersji prędkości grupowej β 2 : A(,z) = iβ 2 z 2 2 A(,z) 2 Optyczny dualizm przetrzenno-czasowy położenie poprzeczne x względny czas częstość przestrzenna k x częstość czasowa w Kolner, IEEE J. Quant. Electron., 30, 1951 (1994) Torres-Company i in., Prog. Opt. 56, 1 (2011)

4 Dualizm przestrzenno-czasowy z i A k x, z = A k x, z = 0 e 2k k x 2 Dyfrakcja: kwadratowa faza w widmie x z A x = A x e i k 2f x2 Soczewka (idealna): kwadratowa faza przestrzenna Dla z = f: poszerzenie profilu przestrzennego A x 2, zawężenie widma częstości przetrzennych A k x 2 światłowód Foster et al., Optics & Photonics News 22, 29 (2011) Soczewka przetrzenna: φ x ~ x 2 Soczewka czasowa: φ ~ 2 z φ() A, z = A, z = 0 e iβ 2z 2 ω2 Dyspersja v g : kwadratowa faza w widmie A = A e ik 2 2 Soczewka czasowa: kwadratowa faza czasowa Dla z = K/β 2 : poszerzenie profilu czasowego A 2, zawężenie widma częstości A ω 2

5 Optyka czasowa temporal optics Obrazowanie czasowe mikroskop czasowy teleskop czasowy Optyczna transformata Fouriera Czasowe analogie efektów dyfrakcyjnych dyspersja w dalekim polu czasowy efekt Talbota Zastosowania: ultrakrótkie impulsy światła telekomunikacja optyczna spektroskopia

6 Optyka czasowa w optyce kwantowej Kodowanie informacji kwantowej w czasowo-widmowym stopniu swobody pojedynczych fotonów Komunikacja kwantowa Metrologia kwantowa Optyczny interfejs pomiędzy układami kwantowymi Dopasowanie częstotliwości Dopasowanie szerokości widmowej (czasu trwania impulsu) konwerter widmowy

7 Eksperyment: kompresja widmowa jednofotnowych pakietów falowych φ t P. J. Mosley et al., New J. Phys. 10, (2008) Soczewka czasowa: elektrooptyczna modulacja fazy ~ 2 Częstotliwość modulacji 10 GHz, moc pola RF 2 W. Amplituda modulacji fazy: ±26 rad sync Impulsy jednofotonowe, czas trwania 1 ps. Opóźnienie grupowe (GDD), 256 m światłowodu. Elektrooptyczna modulacja fazy zsynchronizowana z impulsami optycznymi Spektrometr zliczający pojedyncze fotony (arxiv: )

8 Kompresja widmowa pojedynczych fotonów wyniki 10 GHz RF 6-krotne zwężenie szerokości widmowej: 0.92 nm do 0.15 nm (400 do 65 GHz). Nie zaburza statystyki fotonów g 2 0 = 0.016

9 Wydajność Konwerter pojedynczych fotonów jest użyteczny, jeśli korzyść z poprawy parametrów widmowych przewyższa wprowadzane przez konwerter straty. Filtr widmowy o paśmie 40 GHz ( pamieć kwantowa ) Źródło pojedynczych fotonów (SPDC) SPCM (CC) N 0 Źródło pojedynczych fotonów (SPDC) GDD + soczewka czasowa SPCM (CC) N TL N TL N 0? 1

10 Efficiency & wavelength tunability N TL N 0 zliczenia z konwerterem zliczenia bez konwertera N TL N 0 > 1 Umożliwia poprawę wydajności optycznego sprzęgania układów kwantowych M. K., M. Jachura, L. J. Wright, B. J. Smith, Nature Photonics, doi: /nphoton (2016)

11 Podziękowania? Brian J. Smith Laura J. Wright Oxford, Optical Quantum Technologies Podziękowania: prof. I. A. Walmsley (Oxford), prof. C. Radzewicz, prof. K. Banaszek, dr W. Wasilewski Michał Jachura Filip Sośnicki Maciej Gałka Warszawa, Laboratorium Fotoniki Kwantowej MK was supported by

12 Dziękuję za uwagę!