Введение к работе
Актуальность темы
Изучение квантово-статистических свойств световых полей, сжатых и друі"их неклассических состояний света является актуальной задачей современной квантовой оптики. Перспективы использования таких состояния связаны с вопросами бесшумовой оптической передачи информации, управления квантовыми шумами, преодоления "стандартных" квантовых пределов точности прецези-онных интерферометрических и спектроскопических измерений, проведением квантовых неразрушаюших измерений.
К числу проблем, заслуживающих особого внимания, относится теоретическая разработка и экспериментальная реализация эффективных схем генерации сильных оптических полей в квантовых состояниях, в том числе интенсивного сжатого света. В оптических схемах, основанных на взаимодействии мод поля излучения в нелинейной среде, помещенной в оптический резонатор, эта проблема требует проведения анализа квантовых флуктуации как амплитуд, так и фаз мод в надпороговом режиме генерации. Однако, такая задача является довольно сложной и не решена полностью для таких известных схем получения сжатого света, уже реализованных на эксперименте, как невырожденное четырехволновое смешение (ЧВС) в монохроматическом поле накачки и параметрическое деление частоты в резонаторе (или параметрическая генерация света (ПГС)). Для этих процессов фактором, ограничивающим возможности изучения фазово-зависяших эффектов квантовых флуктуации и сжатых состояний в надпороговом режиме генерации, является диффузия фаз генерируемых мод. Поэтому поиск новых схем для получения неклассического света, допускающих полный анализ квантовых флуктуации амплитуд (интенсивностей) и фаз мод поля излучения в надпороговом режиме генерации, является актуальной задачей оптики последних лет.
Другой круг актуальных вопросов в квантовой оптике связан с явлением корреляции фотонов и состоит в исследовании неклассических эффектов в оптических спектрах излучения в различных нелинейно-оптических процессах. Такие исследования дают, в частности, возможность решения проблемы идентификации сжатых и
- і -
неклассических состояний световых полей с помощью новых V относительно простых косвенных методов. Как известно, непосредственное измерение уровня квантовых флуктуация электромагнитного поля связано с большими техническими трудностями.
Целью настоящей диссертации является: теоретическая разработка новой нелинейно-оптической схемы, приводящей к формированию интенсивного сжатого света в .надпороговом режима генерации; исследование неклассических эффектов корреляций фотонов в оптических спектрах и изучение на этой основе возможностей идентификации сжатых состояний.
Эта программа включает в себя:
-
Изучение квантовых статистических свойств поля излучения системы двухуровневых атомов, взаимодействующих в оптической резонаторе с бихроматическим полем накачки.
-
Развитие квантовой теории параметрического четырехволно-вого смешения в резонаторе под действием двух лазерных полей накачек с различными частотами в надпороговом режиме генерации.
Исследование нелинейной динамики, сжатых состояний, эффектоЕ корреляций и подавления квантовых флуктуации интенсивностей мод; поля излучения.
-
Изучение оптических спектров при преобразовании излучения параметрического генератора в поле на суммарной частоте; анализ их особенностей, связанных с корреляцией фотонов и отражающих эффекты сжатия и подавления флуктуации интенсивностей е параметрическом свете.
-
Изучение эффектов интерференции интенсивностей неклассического поля излучения, полученного в невырожденном параметрическом генераторе.
Научная новизна
I. Впервые получены результаты для спектральной интенсивности , двухвременной корреляционной функции интенсивности V, спектра флуктуации квадратурной компоненты (спектра сжатия) для поля излучения системы двухуровневых атомов, взаимодействующих Е оптическом резонаторе с бихроматическим полем накачки. Предсказана новая возможность для генерации одномодового света в сжатой вакуумном состоянии.
-
Развита квантовая теория процесса параметрического ЧВС в резонаторе с двумя модами накачек, включая режим надпороговой генерации при учете истощения накачек. Исследованы стационарные режимы генерации, подучены стохастические уравнения движения, описывающие динамику квантовых флуктуации интенсивностей и фаз мод поля излучения. На основе решений этих уравнений получены аналитические выражения для дисперсий флуктуации и спектров сжатия квадратурных компонент, свидетельствующие о новой возможности генерации сжатых когерентных состояний света на частотах мод накачек и их полусумме в надпороговой режиме.
-
Обнаружен эффект подавления квантовых флуктуации суммы интенсивностей двух связанных антикоррелированных мод накачек в ЧВС в двух лазерных полях ниже когерентного уровня флуктуации.
-
Исследованы особенности спектральных интенсивностей на зуммарной частоте излучения параметрического генератора. На эснове полученных результатов показана возможность идентификации зеклассических состояний, формируемых при ПГС.
-
Вычислена двухвременная корреляционная функция интенсивности для двухмодового сжатого света на выходе из невырожденного параметрического генератора.
Практическая ценность работы
Полученные в диссертационной работе результаты позволяют іредложить схему четырехволнового смешения с двумя полями гакачек с различными частотами в качестве новой, весьма іерспективной системы для генерации одномодового сжатого света.
Эффект подавления флуктуации суммы интенсивностей может быть ірименен для новых схем экспериментов по управлению квантовыми іумзми в связанных пучках света, в спектроскопии флуктуации штенсивности и спектроскопии поглощения ниже уровня дробовых іумов.
Результаты анализа спектральных интенсивностей на суммарной :астоте излучения параметрического генератора могут быть [спользованы для нового метода экспериментальной идентификации дномодовых и дв^хмодовых сжатых состояний света, а также ффекта подавления флуктуация разности интенсивностей араметрических мод.
На защиту выносятся:
-
Результаты вычисления спектра сжатия квадратурной компоненты, интенсивности и двухвременной корреляционной функции интенсивности поля излучения, полученного при взаимодействии би-хроматического поля накачки с атомарной средой в оптическом резонаторе .
-
Разработка квантовой теории параметрического ЧВС в двуэ лазерных полях с различными частотами в режиме надпорогово* генерации. Результаты анализа нелинейной динамики, стационарные режимов генерации и квантовых флуктуации интенсивностей и фаг трех мод поля излучения на частотах накачек и их полусумме.
Предсказание о формировании интенсивного света в сжатое состоянии на частотах каждой из трех мод.
Обнаружение и исследование эффекта подавления квантовьп флуктуации в сумме итенсивностей двух связанных мод накачек ниже когерентного уровня флуктуации.
-
Результаты вычисления спектральных интенсивностей на суммарной частоте излучения параметрического генератора и анализ из особенностей, отражающих неклассический характер параметрического света.
-
Расчет двухвременной корреляционной функции интенсивност] для двухмодового поля излучения в сжатом состоянии на выходе и: невырожденного параметрического генератора.
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались н республиканских совещаниях по нелинейному взаимодействию света веществом (Аштарак, I990-I99I), пі Всесоюзном семинаре п квантовой оптике (Раубичи-Минск, 1990), xiv Международно конференции по когерентной и нелинейной оптике (Ленинград 1991), Шанхайском международном симпозиуме по квантовой оптик (Шанхай, Китай, 1992).
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из Введения, пяти глав Заключения и списка литературы; содержит 127 страниц машинопис ного текста, включая 19 рисунков и 131 библиографическую ссылку
