Forscher demonstrieren erste Terahertz-Quantenerfassung

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Quantenphysiker verlassen sich auf die Quantenerfassung als äußerst attraktive Methode, um auf Spektralbereiche zuzugreifen und Photonen (winzige Lichtpakete) zu erfassen, die im Allgemeinen technisch anspruchsvoll sind. Sie können Probeninformationen im interessierenden Spektralbereich sammeln und die Details über Biphotonen-Korrelationen mit hochempfindlichen Detektoren in einen anderen Spektralbereich übertragen. Die Arbeit ist speziell für Terahertz-Strahlung ohne Halbleiterdetektoren von Vorteil, bei der Physiker stattdessen kohärente Detektionsschemata oder kryogen gekühlte Bolometer verwenden müssen. In einem neuen Bericht über Fortschritte in der Wissenschaft haben Mirco Kutas und ein Forschungsteam in den Abteilungen für Industriemathematik und -physik in Deutschland die erste Demonstration der Quantenerfassung im Terahertz-Frequenzbereich beschrieben. Während der Experimente interagierten Terahertz-Frequenzen mit einer Probe im freien Raum und lieferten Informationen über die Probendicke durch Detektion der sichtbaren Photonen. Das Team erhielt Schichtdickenmessungen mit Terahertz-Photonen basierend auf Biphotoneninterferenz. Da die Fähigkeit zur zerstörungsfreien Messung der Schichtdicke von hoher industrieller Relevanz ist, haben Kutas et al. Erwarten Sie, dass diese Experimente ein erster Schritt in Richtung industrieller Quantenerfassung sind.

Quantenerfassung und Bildgebung ist ein beliebtes Schema für Infrarotmessungen unter Verwendung eines Paares korrelierter sichtbarer und infraroter Photonen. Die Forscherteams hatten zuvor das allgemeine Prinzip der Quantenerfassung im Terahertz-Frequenzbereich unter Verwendung eines Einkristallinterferometers in Young-Konfiguration demonstriert, um die Absorption eines periodisch gepolten Lithiumniobat (PPLN) -Kristalls innerhalb des Terahertz-Frequenzbereichs zu messen. In der vorliegenden Arbeit haben Kutas et al. erzeugte Terahertz (Idler) -Photonen unter Verwendung der spontanen parametrischen Abwärtskonvertierung (SPDC) unter Verwendung von Pumpphotonen bei 660 km, um Signalphotonen bei einer Wellenlänge von etwa 661 nm zu erzeugen – sehr nahe an der Pumplänge der Spektren. Um die Machbarkeit der Quantenerfassung bei Raumtemperatur zu testen, analysierte das Team zunächst theoretisch das Konzept für ein Einkristall-Quanteninterferometer.

Theoretisch enthielt der Aufbau einen Pumpstrahl, der einen nichtlinearen Kristall beleuchtete, um Paare von Signalphotonen und Leerlaufphotonen (i) zu erzeugen. Kutas et al. stützte ihren theoretischen Prozess auf eine frühere Studie. In den üblichen SPDC-Experimenten (spontane parametrische Abwärtsumwandlung) befinden sich die Eingangsmodi in einem Vakuumzustand. In der vorliegenden Arbeit wird jedoch die geringe Energie der Leerlaufphotonen …

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