Введение к работе
1.1 Актуальность темы
В настоящее время благодаря изобретению и реализации новых методов измерении стало возможным экспериментальное исследование не имеющих классических аналогов состояний электромагнитного поля. Проведено несколько успешных опытов по приготовлению сжатых по квадратурной компоненте состояний электромагнитного поля
» " (2)
на основе взаимодействия электромагнитных полей в средах с \ или х'3' нелинейной восприимчивостью. Кроме того реализован ряд схем квантовых невозмущающих измерений (КПП) энергии и квадратурной амплитуды, в принципе решающих как проблему измерения, так и проблему приготовления поля в неклассическом состоянии.
Однако проведенные эксперименты пока имеют демонстрационный характер. В реализованных схемах КНИ электромагнитная волна содержит большое количество квантов. Достигнутая величина сжатия квадратурной компоненты составляет примерно 25% от уровня нулевых флуктуации. Это связано с тем, что для исследования некласснческнх состояний электромагнитного поля необходимо наличие среды с большой нелинейностью и малыми потерями. Удовлетворить одновременно этим условиям в эксперименте чрезвычайно трудно. Поэтому остается актуальной разработка методов, упрощающих решение задачи экспериментального исследования некласснческнх состояний электромагнитного поля. В частности -решение проблемы КНИ параметров как стоячей, так и бегущей электромагнитных волн, содержащих малое число квантов.
Еще одна проблема связана с частотной зависимостью нелинейной восприимчивости среды, используемой для генерации электромагнитного поля в сжатом состоянии. Эта зависимость приводит к тому, что параметры сжатия тоже зависят от частоты (обобщенно - сжатый свет). Поэтому весьма актуальной представляется разработка оптимальных методов измерения квадратурных амплитуд обобщенно - сжатого света.
Одним из основных, если не главным, фактором, который инициировал бурное развитие в области квантовых измерений и увеличил интерес к некласснческим состояниям электромагнитного поля, стала проблема обнаружения гравитационных волн. Весьма вероятно, что через несколько лет чувствительность так называемых лазерных гравитационных антенн приблизится к стандартному квантовому пределу (СКП) для силы. В связи с этим становится
актуальной задача разработки методов, позволяющих превзойти этот предел. Для ее решения необходимо описать состояние отраженной от подвижного зеркала электромагнитной волны, разработать методы детектирования параметров этой волны и исследовать эволюцию подвижного зеркала при отражении от него электромагнитной волны.
В данной диссертационной работе решен ряд проблем, связанных с приготовлением, измерением и применением некласических состояний электромагнитного поля. Диссертация состоит из двух частей.
В первой части предложены и детально исследованы два новых способа К НИ энергии фотонов и нулевых колебаний моды диэлектрического резонатора, а также - два новых способа КНН квадратурной амплитуды электромагнитного поля. Для измерения квадратурной амплитуды бегущей электромагнитной волны, находящейся в обобщенно сжатом состоянии, предложено модифицировать обычную гомодинную схему. Исследовано сжатие электромагнитной волны, возникающее при ее отражении от подвижного зеркала. Получено выражение для силы радиационного трения, действующей на зеркало с потерями при отражении от него электромагнитной волны.
Во второй части показано, что при помощи оптического датчика смещения возможно обнаружение детерминированной классической силы, действующей на свободную массу, с ошибкой меньшей СКП, при непрерывном слежении за координатой массы. При этом не требуется, чтобы накачка была в некласснческом состоянии. Выполнен детальный анализ простейшего оптического, интерфероме-трического и активного ннтсрферометрнческого датчиков смещения. Предложенное измерение основано на эффекте пондеромотор-ного сжатия отраженной от подвижного зеркала электромагнитной волны.
1.2 Цель работы
Разработка и анализ новых схем К НИ энергии единичных квантов моды высокодобротного резонатора и схем КНИ квадратурной амплитуды в бегущей и стоячей э.м. волнах.
Разработка метода измерения квадратурной компоненты э.м. волны, находящейся в обобщенно - сжатом состоянии.
Исследование свойств силы радиационного трения, действующей на подвижное зеркало с потерями в поле э.м. волны и свойств отраженной от этого зеркала волны.
Разработка рецептов оптимального обнаружения детерминированной классической силы, действующей на подвижное зеркало, при помощи оптических датчиков смещений.
1.3 Научная новизна работы
Предложены новые схемы КИИ энергии единичных квантов моды резонатора и схемы К НИ квадратурной амплитуды в бегущей и стоячей э.м. волнах.
Разработана методика детектирования обобщенно - сжатых состояний э.м. излучения в широкой полосе частот.
Найдена величина силы радиационного трения, действующей на подвижное зеркало с потерями при отражении от него плоской э.м. волны.
Предложены рецепты обнаружения классической силы при помощи оптических датчиков смещений, позволяющие превзойти СКП в гравитационно - волновом эксперименте.
1.4 Практическая ценность работы
Предложенные методы К НИ энергии позволяют детектировать единичные кванты э.м. поля в моде диэлектрического резонатора.
Методика детектирования обобщенно - сжатых состояний э.м. поля позволяет исследовать в широкой полосе частот сжатие, получаемое при взаимодействии э.м. волн в нелинейной среде с дисперсией.
Предложенные рецепты обнаружения силы могут быть использованы для существенного повышения чувствительности реализуемых в настоящее время ннтерферометрнческнх гравитационных детекторов с когерентной накачкой.
1.5 Апробация работы
Результаты работы докладывались на научных семинарах кафедры молекулярной физики и физических измерений Физического факультета МГУ, 15-ой международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Петербург, июнь 1995г.).
1.6 Публикации
По теме диссертации опубликовано 9 работ, список которых приведен в конце реферата.
1.7 Объем и структура работы