이론
섬유에서 광자 쌍 생성은 오랜 역사를 가지고 있으며 일반적으로 자발적인 4 파 혼합의 관점에서 해석됩니다. 광섬유의 진공 변동에 대한 파라메트릭 증폭은 레이저 펄스로 광학적으로 펌핑함으로써 처음 실현되었으며,이 펄스는 캐리어 파장이 파이버 19 의 제로 분산 파장에 근접하도록 선택되었습니다. 위상 매칭 및 고효율 광자 쌍 생성 따라서 비선형 위상 기여와 선형 변칙 분산 사이의 균형에 의해 달성되었다. 연속적으로,위상 매칭을 달성 할 수있는 가능성은 또한 음의 4 차 분산 용어의 결과로 정상 분산 요법 20 에서 나타났다.
(고전 정권에서)주기적인 공간 섭 동 21 및 도프 18,22 와 섬유에서 파라메트릭 증폭 또한 관찰 하 고 준 위상 일치의 관점에서 해석 되었습니다.,유사 준 위상 일치 자연 파라메트릭 다운 변환(2)비선형 결정 23.
이 작업에서 섬유 형상 사용의 개략적 인 레이아웃은 그림 1 에 나와 있습니다. 1 에이,우리는 광 펌프 펄스가주기보다 상당히 짧은 특정 경우를 고려 우리는 그 때 맥박 자체의 기준 구조에서 그런 짧은 맥박에 의해 감지되는 것과 같이 경계 조건의 진화를 고려한다. 펄스는 주변 매체 매개 변수의 시간에 균일 한 진동을 경험하게 될 것입니다.이 주파수는 섬유 종 방향 주기성에 비례합니다. 여기서 정수는 경계 변조의 배수인 주파수에서도 공진을 가질 가능성을 설명합니다. 만약 매체에 광학 분산이 없다면,위상 속도는 그룹 속도와 같으며,따라서 코무빙 프레임에서 전기장은 시간에 따라 진동하지 않는다. 이 경우,코무빙 프레임의 시간 변동에 대한 유일한 기여는 비선형 굴절률에 작용하는 주기적 섬유 진동에서 비롯됩니다. 분산의 존재는 펄스 포락선 아래 펄스 전기장의 미끄러짐으로 이어질 것이며,진동하는 전기장으로 인해 추가적인 시간적 진동을 발생시킨다. 이것은 차례로 추가 비선형 편광 항을 생성하여 비례 함 3)이자형(2)따라서 펄스 공동 주파수\(2\오메가_{0\프라임}\)의 두 배에서 진동합니다. 따라서 우리의 분산 섬유의 경우 우리는 일시적으로 진동하는 용어,즉\(\오메가\프라임=미디엄{\오메가}}\프라임/2+\오메가_{0\프라임}\)를 모두 설명해야하는 수정 된 지세 조건을 가지고 있습니다. 실험실 프레임에서 관찰 될 방출 된 주파수를 결정하기 위해,우리는 신호와 아이들러 광자에 대한 에너지 보존 관계를:
분산 진동 섬유에서 동적 카시미르 효과. 분산 진동 파이버에서 동적 카시미르 효과의 개념:파이버가 그룹 속도 분산의 빠른 변조를 경험하지만 짧은 펄스가 전파됩니다. 비 양자 상관 측정을위한 실험 설정의 회로도. 펌프 내부에서 발생하는 신호 및 아이들러 빔은 4 층 격자 시스템에 의해 펌프로부터 분리 및 필터링됩니다. 반파 판(화피)은 편광을 회전시키는 데 사용되며 격자는 지 1,지 2 과 지 3. 광자는 단일 광자 눈사태 탐지기에 의해 감지됩니다.
모든 주파수에 실험실 프레임에 상대 론적 부스트를 적용#######(#####),여기서 케이=케이(###),그리고 시간적 변조가 실험실 프레임에서 0 임을 부과(######=0),우리는 마지막으로 얻을(보충 주 2 에서 유도의 세부 사항을 참조하십시오):
이 표현은 펌프 주파수 주변의 대칭 측 대역에서 실험실 프레임에서 광자가 관찰 될 것으로 예측하고 이러한 광자의 정확한 스펙트럼 위치에 대한 정량적 추정치를 제공합니다. 이 공식은 실험실 프레임 18,22 에서 표준 파라 메트릭 증폭에 대한 준 위상 매칭 조건을 기반으로 한 계산 결과와 완벽하게 일치하므로 다시 한 번 파라 메트릭 진동과 파라 메트릭 진동 사이의 연결에 밑줄을 긋습니다.
양자 방출 측정
그림 1 은 양자 방출 및 상관 측정에 사용되는 실험 설정의 개략도를 보여줍니다. 고전적 특성 분석을 위해 광 스펙트럼 분석기로 출력을 보낼 수 있습니다. 실험에 사용 된 광자 결정 섬유의 조음 변조는 그림 1 에 나와 있습니다. 이 실험에서 사용되는 펌프 파장에서의 평균값<>=0.45. 펌프 펄스의 지속 시간은 600 추신이며,길이는 0.12 미터이며,이는 섬유의 5 미터 주기성보다 훨씬 짧습니다. 그림 2b 표시 스펙트럼을 촬영에서는 높은 펌프 피크 전력(Pp=12W,과 함께 예측의 스펙트럼 측 대역에서 Eq. (2)미디엄=3(954 뉴 멕시코 및 1173 뉴 멕시코에서 검은 색 점선,통상적으로 명명 된 신호 및 아이들러). 식 만 이러한 솔루션. (2)는 고전 시뮬레이션에 의해 확인 된 바와 같이 가장 큰 파라 메트릭 게인을 표시하기 때문에 지금부터 고려 될 것입니다(보충 그림 1 참조). 1). 섬유 제조 및 특성화에 대한 자세한 내용은 방법 섹션에서 제공됩니다.
섬유의 고전적인 특성. 측정 된 그룹 속도 분산의 종 방향 진화의 확대/축소 평균값<와 함께 2>=0.45 펌프 파장에서 2 킬로미터−1 1052.44 나노 미터. 광섬유의 총 길이는 80 미터이다. (2)(파선 블랙 라인)세 번째 고조파 변조 주파수(미디엄= 3)
양자 상관 측정을 위해 회절 격자는 펌프 전력을 필터링하고 그림 1 에 도시 된 바와 같이 신호 및 아이들러 빔을 스펙트럼으로 분리하는 데 사용됩니다. 1 비. 두 채널 모두에서 1 나노미터의 스펙트럼 대역폭이 선택되어 지체 쌍의 수집을 극대화하고 라만 산란으로 인한 잔여 기여도를 최소화합니다. 단일 광자 검출기(스패드)에 의해 생성 된 전자 신호는 타임 스탬프되며 신호와 아이들러 간의 상관 관계는 시간-디지털 변환기 모듈에 의해 측정됩니다. 도 1 에 도시된 바와 같이,신호 채널상의 광자의 도착 시간(에스 1 또는 에스 2)과 아이들러(1)채널상의 광자의 도착 시간 사이의 지연의 함수로서 우연의 히스토그램이 도시된다. 3 에이. (즉,동일한 펌프 레이저 펄스 내에서)는 서로 다른 지연(즉,서로 다른 레이저 펄스 사이)에서 우연의 일치 속도보다 몇 배 더 큽니다. 이것은 신호와 아이들러 빔 사이의 비 고전적 상관 관계를 명확하게 의미합니다 24. 우연 대 우연 비율(자동차)은 상관 된 광자 쌍으로 인한 우연과 우발적 인 카운트로 인한 우연 사이의 비율로 정의됩니다. 그것은 다음과 같이 추정 될 수 있습니다:
는 Ns,i(0)은 지역에 자리 잡고 있으며,우연 시간을 창 Δt,의 피크로이 지연 및 Ns,i(τ) 평균의 영역 non-zero-delay 봉우리입니다.
광자 쌍 및 우연 대 우연 비율(자동차). 우연의 히스토그램은 신호 광자 사이에서 계산된다. 삽입 제로 지연 피크 주위 줌에서. b2D 지도 자동차의 함수로서의 신호와 아이들러 파장에 대한 Pp=0.03W 고 우연 시간을 창 Δt=1.7ns
Fig. 3 비 우리는 신호와 아이들러 파장의 함수로 측정 된 차를 보여,격자 후 신호와 아이들러 슬릿을 스캔하여 얻은 1 의 단계 해상도 1 나노. 이 차는 식 만족 파장 쌍에 대한 큰 남아 분명하다. (2)그러나 그렇지 않으면 빨리 0 으로 떨어집니다. 가장 좋은 차(약 5 개)와 가장 높은 광자 수 비율은 954 나노 미터 및 954 나노 미터 및 1173 나노 미터에 대해 발견되며,이 파장 위치 선택은 다음 분석에 사용됩니다. 도 1 에서 관찰 된 이중 피크 구조. 3 비와 유사하게 그림. 2 비는 레이저 캐비티의 두 가지 모드 사이의 펌프 레이저의 호핑에 기인한다.
도. 4 에이 자동차 사이의 다른 펌프 피크 전력 측정 0.03 와트 0.15 와트 볼 감소 증가 전원. 이것은 우발적 인 카운트가 단일 광자 카운트(둘 다에서 유래)의 수와 함께 사분선으로 성장하는 반면,진정한 우연의 일치 카운트는 선형 적으로 만 성장하기 때문입니다. 자동차의 추정 값은 시간 창에도 따라 달라집니다,2018,이 내에서 우연의 일치가 계산되고 우리가 2018 을 감소 증가한다. 240 추신의 매우 좁은 시간 창을 통해 대부분의 우연의 일치를 수집 할 수 있으며 대부분의 배경 라만과 어두운 수를 필터링 할 수 있습니다.
양자 상관 관계와 광자 반 뭉침의 증거. 우연 대 우연 비율(자동차)은 우연 시간 창의 두 가지 선택에 대한 힘의 함수로서 우연 대 우연 비율(자동차),240 시(빨간색)및 240 시(녹색)및 240 시(빨간색)및 240 시(빨간색)및 240 시(빨간색)및 240 시(빨간색)및 240 시(빨간색)및 240 시(녹색). 파선은 아이들러 채널에서 라만 광자와 카시미르 광자 사이의 다른 비율에 대해 시뮬레이션됩니다. 비 강도 자동 상관 함수 지(2)(0)제로 지연시. 파란색 점선은 단일 광자 상태 만 가정하는 시뮬레이션입니다. 모든 오차 막대는 우연 카운트 수의 포아송 분포를 가정합니다.
아이들러 채널의 매우 낮은 전력에서 대부분의 카운트는 라만 산란(라만 산란 방출은 주로 적색 이동 파장에서 발생)에서 오는 반면,신호 채널에서는 대부분의 단일 카운트가 검출기 다크 카운트(자세한 내용은 보충 참고 3 참조). 따라서 우리는 보충 주 4 및 보충 그림에 세부 사항에 설명 된 모델을 사용합니다. 3,지체 쌍의 기여를 분리하기 위해. 우리는 광자 쌍 생산 공정(펌프에서 나온 두 개의 광자가 생산 된 각 쌍에 대해 소멸됨)에 대한 2 차 의존성과 라만 공정에 대한 선형 의존성을 가정합니다. 그림의 점선. 도 4 에 도시된 바와 같이,검출된 단일 광자율,추정된 수집 및 검출 효율을 기반으로 한 결과 계산에 대응하고,라만과 광자 사이의 비율을 자유 파라미터로 사용함으로써. 이 계산에서 우리는 펌프 펄스 당 약 2 개의 10-3 쌍이 섬유 대 0 에서 생성 된 것으로 추정합니다.
우리는이 숫자를 사용하여 측정 된 자동차가 진공 시드 된 광자로 인한 것이며 자발적인 라만 방출에 의해 시드에 기인 할 수 없음을 확인합니다. 이것은 검출 된 스펙트럼의 1 나노 미터에 포함 된 시간 모드의 수를 추정함으로써 입증 될 수있다. 600 추신 펌프 펄스의 푸리에 변환으로부터 우리는 약 300 기가 헤르쯔의 검출 대역폭과 비교 될 3 기가 헤르쯔의 펌프 대역폭을 추정한다. 따라서 우리는 스펙트럼의 1 나노에서 검출 된 약 100 시간 모드를 추정한다. 펄스 당 0.18-0.9 라만 광자로,따라서 우리는 진공으로부터의 1/2 광자/모드와 비교할 때 무시할 수있는 섬유 출력에서 시간 모드 당 1.8 10-3 및 9 10-3 라만 광자 사이에 있습니다.
마지막으로,우리는 신호 경로에 빔 스플리터를 사용하여 아이들러 광자에 의해 예고 된 두 출력 포트에서 우연의 일치를 측정하여 예고 된 핸버리 브라운 트와이스 실험을 수행합니다. 0 에서 2 차 일관성 지연 지(2)(0)그런 다음 다음과 같이 평가됩니다:25
두 개의 빔 스플리터 포트 사이의 측정된 우연 속도,신호 채널에서 측정된 우연 속도,신호 채널에서 측정된 우연 속도,신호 채널에서 측정된 우연 속도,신호 채널에서 측정된 우연 속도,신호 채널에서 측정된 우연 속도,신호 채널에서 측정된 우연 속도,신호 채널에서 측정된 우연 속도,신호 채널에서 측정된 우연 속도,신호 채널에서 측정된 우연 속도,신호 채널에서 측정된 우연 속도,신호 채널에서 측정된 우연 속도,신호 채널에서 측정된 우연 속도,신호 채널에서 측정된 지(2)(0) < 1 비 고전성의 증거로 촬영 25.
결과는 도 1 에 도시되어 있다. 다른 펌프 힘에 대응하는 차의 다른 가치를 위한 4 비. 자동차=0 의 경우는 아이들러에 라만 방사선만을 수집하기 위해 아이들러 슬릿을 이동시킴으로써 얻어지며,대응하는 지(2)(0)는 예상대로 1 과 거의 같다는 것을 알 수 있다. 파선 파란색 선은 계산 된 지(2)(0)순수한 단일 광자 상태 만 디 지스 쌍으로 인해 발생합니다(파생은 보충 주 5 에 나와 있습니다). 모든 실험 포인트 높은 광자 번호 상태에서 측정에 작은 기여를 나타내는 계산된 곡선 위에 약간 거짓말. 그림의 주요 결과. 4 비는 지(2)(0)이 자동차>1 에 대해 1 이하로 명확하게 떨어 지므로 비 고전적 방출에 대한 명확한 표시를 제공합니다.