Forschungsprojekte

Nichtlineare Interferometrie mit hochgewinn-parametrischer Fluoreszenz

Gaetano Frascella

Ein nichtlineares Interferometer ist eine Anordnung wo zwei nichtlineare Effekte sich entweder verstärken oder abschwächen können. Wenn zum Beispiel parametrische Fluoreszenz in zwei aufeinander folgenden Kristallen stattfindet, dann beeinflusst nichtlineare Interferenz die Modenstruktur des ausgehenden Lichtfeldes. Darüber hinaus ist dieses Feld sensitiv gegenüber relativen Phases, die zwischen den beiden Kristallen eingeführt werden können. Dies erlaubt Phasenmessungen mit Genauigkeiten auszuführen, die klassische Grenzen brechen.

Homodyne Detektion von helles gequetschtes Vakuum

Kirill Spasibko

Helles gequetschtes Licht ist ein quantenmechanischer Zustand von Licht, welcher durch hochgewinn-parametrischer Fluoreszenz hergestellt werden kann. Auch wenn das Lichtfeld eine makroskopische Anzahl von Photonen enthält, zeigt es doch ausgeprägte nichtklassische Eigenschaften. Insbesondere ist eine Quadratur des Feldes stark gequetscht, was jedoch nur schwer zu beobachten ist, da anti-gequetschtes Licht, aufgrund der komplizierten Modenstruktur, den Effekt überschattet. In unseren Experimenten untersuchen wir Quadratur Quetschung in nur einer Mode des gequetschten Vakuums. Zugriff auf diese einzelne Mode verlangt Kontrolle über den lokalen Oszillator in sowohl Raum und Zeit. Die Beobachtung einer hohen Quadratur Quetschung in verschiedenen Moden wird dann die Anwendung des hellen gequetschten Vakuums auf Quanteninformationsprotokollen ermöglichen.

Nichtlineare Optik mit hellem gequetschten Vakuum

Kirill Spasibko, Denis Kopylov (mit Lomonossow-Universität Moskau und Palacký-Universität Olmütz)

Unter den wichtigen Eigenschaften des hellen gequetschten Vakuums sind dessen extrem stark ausgeprägten Intensitätsfluktuationen. Diese erhöhen die Effizient von allen Multiphotoneneffekte, inklusive Frequenzverdopplung. Wir nutzen das helle gequetschte Vakuum als Pumpe für Frequenzverdopplung und Superkontinuumgenerierung. Wir beobachten eine um mehrere Größenordnungen höhere Effizienz verglichen mit einer kohärenten Pumpe. Am Ausgang dieser Prozesse beobachten wir dann noch sehr viel stärkere Intensitätsfluktuationen als zuvor und es erscheinen sogar sogenannte extreme Events. Insbesondere können nichtlineare, inklusive plasmonischer, Effekte auf Oberflächen verschiedenster Materialien beobachtet werden.

Generation von Photonentripletts in photonischen Kristallfasern

Andrea Cavanna, Cameron Okoth (mit Abteilung Russell)

Wir wollen einen neuen Quanteneffekt, nämlich die direkte Verwandlung eines Hochfrequenzphotons in ein Triplett von Photonen, beobachten. Dieser Effekt kann in jedem Material mit kubischer Nichtlinearität stattfinden, jedoch glauben wir, dass photonische Kristallfasern die bessere Wahl sind. Insbesondere nutzen wir gasgefüllte Hohlkernfasern und die Komplett-Festkörper-duale-Bandlücken Faser, welche wir kürzlich entwickelt haben.

Generierung von Photonentripletts in Kristallen

Cameron Okoth, Andrea Cavanna, Tomas Santiago

Wir wollen einen neuen nichtlinearen Effekt beobachten, nämlich die direkte Spaltung eines einzelnen Photons in drei, was der inverse Prozess zur Frequenzverdreifachung ist. Neben fundamentaler Interessen verspricht die Realisierung Zugriff auf neuartige quantenoptische Zustände und die Beobachtung einer negativen Wigner-Funktion (eine Quasi-Wahrscheinlichkeitsverteilung). Der erste natürliche Schritt besteht in der Realisierung der leichtgepumpten (“seeded”) Version dieses Effekts in einem Kristall mit kubischer Nichtlinearität.

Helles gequetschtes Vakuum in Bahndrehimpuls Moden

Gaetano Frascella, Sascha Agne

Hochgewinn-parametrische Fluoreszenz produziert helles gequetschtes Vakuum in einer Großzahl räumlicher Moden. Die meisten dieser Moden tragen einen Bahndrehimpuls, welcher einer optischen Phasenverdrehung gleicht. Aufgrund der Photonenzahlkorrelation besitzt jede Mode mit einem bestimmten Wert des Bahndrehimpuls genau so viele Photonen wie jene Mode mit gegensätzlichen Wert des Bahndrehimpuls. Außerdem sind diese Photonenzahlen riesig, nämlich bis zu hunderte Milliarden. Dies liefert ein interessantes Problem: filter jeden Bahndrehimpuls Moden, welche mit gleicher Photonenzahl besetzt sind, und nutze sie entweder für die Wechselwirkung mit Materie order für Hochpräzisionsmessungen.

Beobachtung gekoppelter raumzeitlicher Kohärenz

Paula Cutipa, Sascha Agne

Strahlungsfelder von parametrischer Fluoreszenz bringen einen interessanten Typus von Kohärenz zum Vorschein: räumliche und temporale Kohärenz sind gekoppelt. Insbesondere nimmt die Kohärenzfunktion unter bestimmten Bedingungen eine lustiges “O”-Form in Raum und Zeit an. Wir testen diese in einem komplexen Young-Michelson interferometer.

Einzelzyklus Quetschung

Fabian Gumpert

In Kristallen mit starker aperiodischer, statt periodischer, Polung ist es möglich, stark breitbandiges, gepulstes gequetschtes Vakuum zu generieren. Die Bandbreite kann so groß sein, dass der Puls nur einen optischen Zyklus enthält (Pulsdauer ist also vergleichbar mit der optischen Periode). Diese Art von Licht hat ultraschnelle Photonenzahlkorrelation, welches für sensitives Proben verschiedenster Effekte auf der Femtosekundenskala nützlich ist.

Nichtklassische Lichtzustände von kolloidalen Quantenpunkten und deren Klumpen

Luo Qi (mit Kastler-Brossel-Labor und Palacký-Universität Olmütz)

Kolloidale CdS/CdSe Nanokristallen, sogenannte “Punkte-in-Stäbchen”, sind einer der vielversprechendsten Einzelphotonemitter wegen ihrer Funktion auch bei Raumtemperatur, relativ einfacher Herstellung, reduzierten Blinken, und wegen des hohen Grades der Polarization der emittierten Strahlung. Wir untersuchen nicht nur die nichtklassischen Eigenschaften von Strahlung eines einzelnen Quantenpunktes, sondern auch von ganzen Klumpen.

Verlustfreies Filtern von Einzelfrequenzmoden in Multimodenlicht

Wenn eine Strahlungsquelle, ob klassisch oder quantenmechanisch, ein Multimodenfrequenzspektrum besitzt, wie kann man eine einzelne Mode herausfiltern ohne Verluste oder Hinzumischung anderer Moden? Bis heute wurde keine effiziente Lösung entwickelt. Wir werden dies tun mit Hilfe von dispersiven Medien und projektiven Funktionen planarer Wellenleitern.

Gemeinsames Projekt DFG–RFBR CH 1591/2-1

Multi-photon nonclassical states of light based on high-gain parametric down-conversion

DFG Projekt CH 1591/3-1

Generation of photon triplets via three-photon parametric down-conversion

PPP Tschechien 2017 (Projekt-ID: 57319488)

Homodyne detection of macroscopic quantum states of light

Bright Squeezed Vacuum and its Applications, 2013-2016 (BRISQ2)

FP7 Projekt Bright Squeezed Vacuum and its Applications "BRISQ2", 2013-2016, wurde von unserer Gruppe koordiniert.

 

 

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