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Orbitale Drehimpuls-Moden hoher Ordnung in hellen, gequetschten Vakuumzuständen des Lichts

Fachliche Zuordnung Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
Förderung Förderung von 2019 bis 2026
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413296026
 
Erstellungsjahr 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Projekt haben wir einen theoretischen Ansatz zur Erzeugung von Bahndrehimpulsmoden höherer Ordnung (OAM) in hellen gequetschten Vakuumzuständen von Licht und Photonenpaaren entwickelt und analysiert, der auf parametrischer Fluoreszenz (PDC), Vierwellenmischungsprozessen (FWM) und nichtlinearen SU(1,1)-Interferometern basiert. Zunächst betrachteten wir einen einzelnen nichtlinearen Kristall, der von einer Laguerre-Gauß- Pumpe mit verschiedenen Orbital- und Radialzahlen gepumpt wurde, und analysierten die Modenstruktur des in einem solchen System erzeugten gequetschten Lichts für verschiedene Bereiche: niedrige Verstärkung (Biphotonenpaare) und hohe Verstärkung (helles gequetschtes Vakuum). Wir zeigten, dass die OAM-Verteilung bei nicht-Gaußscher Pumpanregung deutlich breiter wird. Anschließend erweiterten wir das obige System zur Konfiguration eines nichtlinearen SU(1,1)- Interferometers, indem wir einen zweiten, durch einen Luftspalt getrennten Kristall hinzufügten. Wir zeigten, dass eine solche Konfiguration zu dem kontraintuitiven Phänomen einer nichtmonotonen Population von OAM-Moden führt, was das Herausfiltern der gewünschten OAM- Modi durch hohe parametrische Verstärkung ermöglicht. Schließlich betrachteten wir solche Interferometertypen für Winkelverschiebungsmessungen, indem wir ein Dove-Prisma zwischen die beiden Kristalle platzierten und so eine Empfindlichkeit unterhalb der klassischen Schrotrauschgrenze demonstrieren konnten. Um solche hochmultimodalen Systeme im Hochverstärkungsbereich zu beschreiben, haben wir einen theoretischen Ansatz entwickelt, der auf der Lösung eines Systems von Integro- Differentialgleichungen für die Operatoren ebener Wellen basiert. In diesem Ansatz, der auf der gemeinsamen Schmidt-Zerlegung von Übertragungsfunktionen basiert, haben wir breitbandige Schmidt-Moden eingeführt und deren Profile und Quetschen (squeezing) für verschiedene Verstärkungsbereiche charakterisiert. Für die Betrachtung multimodaler SU(1,1)-Interferometer mit hoher Verstärkung haben wir einen verallgemeinerten theoretischen Ansatz entwickelt, der das komplexe Wechselspiel zwischen Moden aus verschiedenen Kristallen im System berücksichtigt. Im Rahmen dieses Projekts haben wir mehrere relevante Ergebnisse für verschiedene Modellsysteme erzielt und neuartige Effekte vorhergesagt. Wir haben Systeme entwickelt, die direkt experimentell umgesetzt werden können und unsere Theorie durch eine gemeinsame theoretisch-experimentelle Arbeit mit unseren experimentellen Partnern sogar einmal testen können. Die entwickelten Designs und vorhergesagten Eigenschaften könnten für zukünftige Anwendungen in Quantentechnologien nützlich sein, die OAM-Modi höherer Ordnung und helle, gequetschte Vakuumzustände des Lichts nutzen.

Link zum Abschlussbericht

https://oa.tib.eu/renate/handle/123456789/32165

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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