ЛЕНТА

Антигруппировку фотонов связали с некогерентным излучением

L. Hanschke et al. / arXiv.org, 2020

Физики экспериментально продемонстрировали связь между антигруппировкой одиночных фотонов и некогерентной составляющей излучения квантовой точки. Для этого они изучали спектры излучения источника одиночных фотонов и следили за их антигруппировкой при использовании разных спектральных фильтров в эксперименте Хэнбери Брауна — Твисса. Работа принята к печати в Physical Review Letters, препринт доступен на arXiv.org.

Источники одиночных фотонов на квантовых точках интересны не только применением в квантовой оптике и квантовых вычислениях, но и как отдельный объект для исследований. Квантовая точка — это двухуровневая система, в которой электрон может переходить с нижнего уровня на верхний и обратно с поглощением или испусканием фотона. Для того, чтобы квантовая точка могла излучать фотоны, необходимо перевести электрон с нижнего уровня на верхний. Чаще всего квантовые точки накачивают тоже фотонами, для чего используют лазерное излучение. В зависимости от мощности и спектральных характеристик накачки можно наблюдать разные режимы генерации излучения от квантовых точек.

Явление антигруппировки помогает удостовериться в том, что квантовая точка генерирует одиночные фотоны. Излучение одиночных фотонов отличается от когерентного излучение тем, что во втором случае фотоны могут лететь не только по одному, но и группами. Это легко проверить, если разделить пучок на света на светоделителе и измерять время прихода фотонов в каждом плече с помощью одноофтонных детекторов. В случае антигруппировки, одиночный фотон, который приходит на светоделитель, пойдет либо в одно плечо схемы, либо в другое. То есть детекторы всегда будут кликать по очереди и никогда не кликнут одновременно. Если в такой схеме фотоны приходят одновременно, то это значит, что изначально они рождались группами, а не отдельно каждый. Такой эксперимент называется экспериментом Хэнбери Брауна — Твисса и нужен для проверки однофотонных источников.

(a) спектр излучения квантовой точки при слабой резонансной накачке, (b) спектр в полулогарифмических координатах, синяя кривая — когерентное излучение, зеленая — некогерентная флуоресценция квантовой точки, оранжевая — их совокупность, (c) теоретические кривые интенсивностей когерентной и некогерентной компонент в зависимости от мощности накачки, (d) влияние компонент двух-фотонной интерференции при разных мощностях накачки.

L. Hanschke et al. / arXiv.org, 2020

Поделиться

Группа ученых из Королевского технологического института, Института полупроводниковой и твердотельной физики и Российского квантового центра под руководством Клауса Д. Йонса (Klaus D. Jöns) экспериментально показала связь антигруппировки фотонов с наличием нерезонансного излучения и изучила эволюцию генерируемого квантовой точкой состояния в зависимости от мощности накачки.

Для эксперимента авторы использовали источник одиночных фотонов на квантовых точках из арсенида галлия. Они облучали его лазером с разными мощностями и наблюдали за антигруппировкой фотонов в эксперименте Хэнбери Брауна — Твисса, а параллельно следили за спектром генерируемого излучения.

Если накачивать квантовую точку слабым резонансным сигналом, то она будет переизлучать несгруппированные фотоны. В случае сильной накачки, квантовая точка переходит в режим насыщения и излучает фотоны спонтанно. Если внимательно посмотреть на спектр излучения квантовой точки, то помимо интенсивного и узкого пика можно обнаружить и второй — менее интенсивный и более размытый. Он отвечает за некогерентное излучение квантовой точки. Оказалось, что именно наличие некогерентной составляющей необходимо для наблюдения антигруппировки фотонов в системе.

Интенсивность корреляционной функции фотонов, излученных квантовой точкой для разных спектральных фильтров.

L. Hanschke et al. / arXiv.org, 2020

Поделиться

Для того, чтобы оценить влияние некогерентной составляющей на качество антигруппировки, авторы использовали разные спектральные фильтры на детекторах в эксперименте Хэнбери Брауна — Твисса. Спектральные фильтры позволяют вырезать ограниченную часть спектра и детектировать только ее. По мере сужения полосы пропускания фильтра антигруппировка становится слабее, а при пропускании фильтром только когерентной составляющей пропадает совсем. Этот эксперимент подтверждает связь антигруппировки с некогерентной составляющей излучения.

То, насколько хорошо разгруппированы фотоны, показывает корреляционная функция второго порядка. Физики выделили три составляющие этой функции и показали, как они меняются в разных режимах накачки. Первые две — это суб- или супер-пуассоновский характер квантовых флуктуаций и аномальный импульс, а третья описывает сжатие света и доминирует при переходе от режима слабой накачки к сильной.

Понимание и изучение процессов генерации излучения квантовыми точками может открыть новые возможности для их применения и совершенствовать уже существующие, которых уже большое множество. Помимо квантовых вычислений, алгоритмы для которых удалось реализовать ученым из Нидерландов и генерации пар запутанных фотонов на основе спонтанного излучения квантовых точек, которое наблюдали австрийские ученые, у квантовых точек есть менее очевидные применения. Например, американские физики селективно синтезировали производные циклобутана с помощью квантовых точек. А другой группе ученых квантовые точки помогли заглянуть в растущую опухоль.

Оксана Борзенкова

источник

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Кнопка «Наверх»
Do NOT follow this link or you will be banned from the site!
Установите приложение MEGANEWS на Google Play
УСТАНОВИТЬ
Закрыть
Закрыть

Обнаружен Adblock

Поддержите нас, пожалуйста, отключив блокировку рекламы.