Временная задержка между парой запутанных фотонов

При генерации запутанных фотонов с помощью спонтанного параметрического преобразования с понижением частоты SPDC обычно предполагается, что два фотона создаются одновременно. Мне не удалось найти ни статей, в которых обсуждается это предположение, ни экспериментальных работ, в которых измерялась задержка.

Я ищу (A) документы, в которых обсуждается вышеизложенное, или (B) измеряется вышеперечисленное. Далее следует описание того, что мы делаем в лаборатории.

Наша установка представляет собой SPDC типа I с использованием непрерывного диодного лазера мощностью 90 мВт, работающего на длине волны 402 нм, с двумя частями BBO с оптическими осями под углом 90 градусов. Мы используем высокоэффективные интерференционные фильтры для удаления света, находящегося вдали от вырожденной длины волны, равной 804 нм.

В нашем эксперименте мы обнаружили, что квантовая эффективность (парная корреляция) очень быстро увеличивается по мере увеличения временного биннинга с нескольких сотен пикосекунд до нескольких наносекунд, выравниваясь около 10 нс. Соответствующая статистика Пуассона для «случайных пар» должна линейно расти с увеличением временного бинирования, и наши эксперименты с незапутанным светом согласуются с оценками статистики Пуассона.

Например, при 135 000 импульсов в секунду на детекторе 1 и 146 000 импульсов в секунду на детекторе 2 статистика Пуассона для обнаружения пар составляет 95 пар в секунду для бинирования 10 нс, но фактическая частота пар составляет 37 000 пар в секунду, что составляет квантовая эффективность более 26%.

Квантовая эффективность снижается по мере уменьшения временного биннинга; при 240 пс квантовая эффективность составляет около 2%.

Наш таймер-счетчик работает с частотой 81 пс на тик; 81 пс времени соответствует расстоянию (300 мкм/пс x 81 пс) = 24,3 мм или около дюйма. 10 нс соответствует 3 метрам или примерно 10 футам. Однофотонные детекторы расположены симметрично и имеют практически одинаковые расстояния до кристалла BBO, около 1200 мм.

В настоящее время мы проводим несколько дополнительных экспериментов, собирая данные для серии временных бинов, чтобы мы могли построить график скорости увеличения с увеличением времени.

Что такое временной биннинг?
Какова полоса пропускания исходного лазера? Продолжительность события 10 нс будет соответствовать полосе пропускания 100 МГц, что, вероятно, больше, чем у вас, но это один из возможных источников — ваш драйвер никогда не бывает полностью монохроматическим или полностью когерентным.
@Holger Временное объединение было довольно легко найти в Google.
«Временной биннинг» — это сортировка событий по блокам времени. В нашем случае минимальный размер бина определяется тактовой частотой 81 пс. Обнаружение фотона обоими детекторами в течение одного и того же временного интервала засчитывается как обнаружение пары фотонов.
@Emilio Pisanty: измеренная ширина полосы диодного лазера составляет около 1 нм; имеются два очень близких пика, расстояние между которыми менее 1/2 нм.
Я считаю, что вы неправильно рассчитали коэффициент случайных совпадений. Должен быть ( 135000 / с ) ( 146000 / с ) ( 10 нс ) "=" 197 / с .
@EmilioPisanty Я не думаю, что полоса пропускания лазера изменяет задержку между излучением двух фотонов, которая всегда должна быть равна нулю. Это накладывает минимально возможную неопределенность на сумму частот двух фотонов, поэтому, если в установке есть (большая) дисперсия, это единственный способ повлиять на временной интервал между обнаружениями. Но в любом случае здесь полосы частот фотонов, вероятно, определяются спектральными фильтрами, а не лазером.

Ответы (2)

Предположение о том, что фотоны создаются одновременно, правильное: вы ищете проблему не в том месте.

То, что вы заметили, почти наверняка связано с техническими особенностями используемых вами детекторов. Существует временной интервал между моментом, когда детектор поглощает фотон, и моментом, когда вы получаете электрический сигнал, указывающий на то, что это произошло (латентность); что более важно, этот временной интервал также имеет дисперсию (джиттер). Эти значения могут быть порядка наносекунд в зависимости от типа используемых детекторов.

Еще один момент: если предположить, что джиттер у вас достаточно мал, чтобы определить относительную синхронизацию событий лучше, чем на 10 нс (вполне вероятно, что так и есть), пытались ли вы перенастроить относительную задержку между сигналами от двух детекторов после уменьшения размеров временных интервалов? Возможно, временные интервалы двух детекторов «смещены» на несколько наносекунд: при 10 нс интервалы настолько велики, что это рассогласование не имеет значения.

Это правильный ответ; это согласуется с тем, что сказал поставщик детектора.

При генерации запутанных фотонов с помощью спонтанного параметрического преобразования с понижением частоты SPDC обычно предполагается, что два фотона создаются одновременно. Мне не удалось найти ни статей, в которых обсуждается это предположение, ни экспериментальных работ, в которых измерялась задержка.

Я ищу (A) документы, в которых обсуждается вышеизложенное, или (B) измеряется вышеперечисленное. Далее следует описание того, что мы делаем в лаборатории.

Чтобы говорить о фотонах и запутанности, нужны диаграммы Фейнмана. Вот схема двух запутанных фотонов:

два фото

(а) Диаграммы Фейнмана процесса излучения. Волнистые линии обозначают фотоны, пунктирные линии обозначают дырки, а сплошные линии обозначают электроны. Электронные пропагаторы с двойной стрелкой описывают функции Грина, возникающие из ненулевых БКСчленов.

(б) Диаграммы Фейнмана расчетов матрицы плотности

Обратите внимание, что на диаграммах Фейнмана этого типа время находится на оси y, но ось x является математической, символической переменной, представляющей математическую формулировку обмена виртуальными частицами, а не реальной пространственной разницей, которую нужно пересечь и, следовательно, занять время.

В общем случае виртуальные смещения на диаграммах Фейнмана не имеют значения в лаборатории. В этом смысле два фотона на базовом рисунке (а) не имеют смещения во времени и, таким образом, их появление совпадает, на самом деле, без временной задержки.

В поисках «диаграмм Фейнмана для запутанных фотонов SPDC» я обнаружил, что термин «диаграмма Фейнмана» расширен в этой области исследований, например, рис. 5 здесь и рисунок 2 здесь . Если метод следует правилам диаграммы Фейнмана, вывод должен быть таким же, между двумя вершинами излучения нет предсказуемого пространственного разделения (для «пересечения» потребуется время), и вершины находятся на одной оси времени.

Временная задержка между парой запутанных фотонов
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v