مقالۀ پژوهشی: بررسی تجربی اثر فیلتر بر روی نمایانی فریزها در تداخل سنجی کوانتومی تک فوتون

لطفی پور, هدی السادات; باقری, زهرا; خدابنده, مجید

doi:10.22051/ijap.2023.41718.1296

مقالۀ پژوهشی: بررسی تجربی اثر فیلتر بر روی نمایانی فریزها در تداخل سنجی کوانتومی تک فوتون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ استادیار، پژوهشکده فوتونیک و فناوری کوانتومی، پژوهشگاه علوم وفنون هسته‌ای، تهران، ایران

² دانش‌آموختۀ دکترا، گروه بایوفوتونیک کوانتومی، مرکز فناوری‌های کوانتومی ایران، تهران ، ایران

³ دانشجوی دکترا، گروه بایوفوتونیک کوانتومی، مرکز فناوری‌های کوانتومی ایران، تهران، ایران

10.22051/ijap.2023.41718.1296

چکیده

در این مطالعه، اثر فیلتر در تغییر نمایانی فریزهای تداخلی کوانتومی تک فوتون بررسی میشود. ابتدا در یک چیدمان آزمایشگاهی به کمک یک بلور غیرخطی و تحت تبدیل پایین پارامتری خودبه خودی، جفت فوتونهای همبسته سیگنال و ایدلر تولید میشوند. تک فوتون سیگنال پس از عبور از یک تداخلسنج ماخ زندر به دلیل اصل تمایزناپذیری مسیرهای طی شده در بازوهای تداخلسنج، با خودش تداخل میکند. به منظور همخط کردن المانهای اپتیکی و کمینه کردن اختلاف مسیر اپتیکی در بازوها از تداخلسنجی با منابع لیزر قرمز ونور سفید پیش از تداخلسنجی تک فوتون استفاده شده است. با قرار دادن فیلترها با پهنای بسامدی مختلف در مسیر فوتونهای سیگنال و ایدلر شاهد فریزهای تداخلی با نمایانیهای متفاوت هستیم. طرح تداخلی با ثبت همزمانی بین فوتونهای همبسته بدست می‌آید. نتایج نشان میدهد، پهنای نوار بسامدی فیلترها در تغییر طول همدوسی فوتونهای تولیدی و در نتیجه نمایانی فریزهای تداخلی اثر قابل توجهی دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

کوانتم

عنوان مقاله [English]

Research Paper: The Experimental Investigation of Filter Effect on Visibility of Fringes in Quantum Single Photon Interferometry

نویسندگان [English]

Hoda Sadat Lotfipour ¹
zahra Bagheri ²
Majid Khodabandeh ³

¹ Assistant Professor, Photonics and Quantum Technologies Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute (NSTRI), Tehran, Iran

² Ph. D. Graduated, Quantum Biophotonic Group, Iranian Center for Quantum Technologies (ICQTs), Tehran, Iran

³ Ph. D. Student, Quantum Biophotonic Group, Iranian Center for Quantum Technologies (ICQTs), Tehran, Iran.

چکیده [English]

This study investigates the effect of the filter on the visibility of fringes in single-photon interference. A pair of photons by spontaneous parametric down-conversion is produced using a nonlinear crystal. One of them passes through a Mach-Zehnder interferometer due to the principle of indistinguishability of the paths, which interferes with itself. By changing the length of the paths of the Mach-Zehnder arms with the help of a stage, the interference happens in the coincidence pattern. In order to align the optical elements and minimize the optical path difference in the interferometer arms, interferometry with laser and white light has been used before single photon interferometry. By placing filters with different bandwidths in the signal and idler photons path, we see interference fringes with different visibility. An interference pattern is obtained by recording the coincidence between the correlated photons. The results show that the frequency bandwidth of filters affects the coherence length of generated photons and so the visibility of interference fringes.

کلیدواژه‌ها [English]

Spontaneous Parametric Down Conversion
Single Photon Interferometry
Mach-zehnder Interferometer
Correlated Photons
Visibility

مراجع

[1] Dimitrova T. L., Weis A., Lecture demonstrations of interference and quantum erasing with single photons, Physica Scripta, 2009.T135, 014003, 2009.

[2] Dimitrova T. L., Weis A., A double demonstration experiment for the dual nature of light, 14th International School on Quantum Electronics: Laser Physics and Applications, Vol. 6604. SPIE, 2007.

[3] Pearson B. J., Jackson D. P., A hands-on introduction to single photons and quantum mechanics for undergraduates, American Journal of Physics, 78.5, 471-484, 2010.

[4] Galvez E. J., Holbrow C.H., Pysher M.J., Martin J.W., Courtemanche N., Heilig, L. and Spencer J., Interference with correlated photons: Five quantum mechanics experiments for undergraduates, American Journal of Physics, 73.2, 127-140, 2005.

[5] Thorn J. J., Neel M.S., Donato, V.W., Bergreen, G.S., Davies, R.E. and Beck, M., Observing the quantum behavior of light in an undergraduate laboratory, American Journal of Physics, 72.9, 1210-1219, 2004.

[6] Couteau C., Spontaneous parametric down-conversion. Contemporary Physics, 59.3, 291-304, 2018.

[7] Lotfipour H., khodabandeh M., bagheri Z., Sobhani H., Investigation the Second Order Degree of Coherence and Experimental verification of Heralded Single Photon Generation, ICOP & ICPET _ INPC _ ICOFS, 28, 189- 192, 2022.

[8] Lotfipour H., Sobhani H., and Khodabandeh M., Quantum diagnosis of cancer with heralded single photons, Laser Physics Letters, 19.10, 105603, 2022.

[9] Grangier P., Roger G., and Aspect A., Experimental evidence for a photon anticorrelation effect on a beam splitter: A new light on single-photon interferences, Europhysics Letters (EPL), 1.4, 173, 1986.

[10] Kumar V., and Rao D.N., Using interference in the frequency domain for precise determination of thickness and refractive indices of normal dispersive materials, JOSA B 12.9, 1559-1563, 1995.

[11] Kemmer G., and Keller S., Nonlinear least-squares data fitting in Excel spreadsheets, Nature protocols, 5.2, 267-281, 2010.

[12] Brida G., Genovese M., And Novero C., An application of two-photon entangled states to quantum metrology, Journal of modern optics, 47.12, 2099-2104, 2000.