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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/2552| Análisis de la tasa de emisión en el proceso de downconversion paramétrico Analysis of the emission rate in the process of parametric downconversion | |
| Héctor Cruz Ramírez | |
| KEVIN ARTHUR O DONNELL MEDETS | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Downconversion paramétrico espontáneo, Cuasi-empatamiento de fases | |
| El proceso de downconversion paramétrico espontáneo (SPDC) es un fenómeno que requiere de una descripción en términos del campo electromagnético cuantizado y es utilizado en la práctica como fuente de luz no clásica. La pareja de fotones generados exhiben correlaciones en número de fotones y en grados de libertad fotónicos continuos como la frecuencia, la dirección de propagación y el instante de emisión, y además, pueden exhibir correlaciones no-clásicas, conocidas también como enlazamiento cuántico que es una característica específica de los sistemas cuánticos. El objetivo de este trabajo es el estudio, numérico y experimental, de la tasa de emisión del flujo de SPDC en un cristal de niobato de litio periódicamente polarizado (PPLN), en función de la longitud efectiva del cristal. Por la dificultad de fabricar varios cristales con diferentes longitudes no existen estudios previos. El cristal fabricado como parte de este trabajo tiene forma rectangular con un área activa no lineal en forma triangular de tal manera que se tiene acceso a un intervalo de longitudes efectivas del cristal al desplazar el haz de bombeo lateralmente. Esta tesis se enfocó en el caso degenerado en la configuración de desempatamiento de fases del tipo-I, y donde ∆k 6= 0. La ecuación que describe la tasa de emisión del flujo del SPDC es obtenida siguiendo la teoría en la cual se modelan clásicamente las fluctuaciones cuánticas del vacío mediante una señal débil presente en todas las frecuencias. Los resultados del análisis numérico muestran diferentes dependencias del flujo de SPDC respecto a la longitud efectiva del cristal dependiendo de las características del desempatamiento de fases, el cual puede ser modificada a través de la temperatura. Para el caso específico que estudiamos en esta tesis, tenemos que los comportamientos de las curvas de la potencia del SPDC vs. la longitud efectiva del cristal van ser lineales a no lineales en el intervalo de 20◦C a 40◦C; pero con temperaturas superiores a 40◦C se observa el fenómeno de interferencia. La interferencia, en este caso, significa que las contribuciones al flujo del SPDC de diferentes porciones del cristal pueden interferir construtiva o destructivamente; esto se traduce en variaciones o incluso en oscilaciones de la potencia del SPDC vs. longitud efectiva del cristal. La no linealidad de las curvas se acentúa conforme la apertura es cada vez más pequeña. En este caso particular, la temperatura en la cual se observa interferencia disminuye (o aumenta) conforme la longitud de onda del bombeo es menor a (mayor a) 944nm, la cual es la longitud de referencia para el presente trabajo. Se utilizaron dos arreglos experimentales, uno para medir directamente el flujo del SPDC y el otro para medir espectralmente resuelto el flujo del SPDC. Con el primer arreglo se logro reproducir los comportamientos encontrados en el an´alisis num´erico salvo por un factor num´erico. Finalmente se observa, en el an´alisis num´erico, diferentes comportamientos de los espectros al variar el desempatamiento de fases, comportamientos que son reproducidos con el segundo arreglo experimental, nuevamente, salvo por un factor num´erico. The process of spontaneous parametric downconversion (SPDC) requires a description in terms of the quantized electromagnetic field and is used in practice as a source of non-classical light. Photon pairs generated by SPDC exhibit correlations in photon number and in continuous degrees of freedom like frequency, direction of propagation, and time of emission. In addition, it can exhibit non-classical correlations well-known as quantum entanglement, which is characteristic of purely quantum systems. The aim of this thesis is the numerical and experimental study of the rate of photon emission by SPDC in a periodically poled lithium niobate crystal, as a function of the effective crystal length. Because of the difficulty in manufacturing crystals with different lengths, there have been no previous studies. The crystal produced as part of this thesis is rectangular with a triangular active non-linear region, so that we have access to a range of effective crystal lengths as the pump beam is moved laterally. This thesis focused on the near degenerate case with type-I phasematching and with nonzero phasemismatch. The expression that describes the emission of SPDC flux is obtained following the theory in which the quantum vacuum fluctuations are modeled classically by the presence of a weak signal at all frequencies. The numerical analysis showed different dependencias of the SPDC flux on the effective crystal length, depending on the amount of phasemismatch, which can be varied by means of crystal temperature. For the specific case studied in this thesis, the curves for the SPDC power as a function of effective crystal length could be linear or nonlinear within the interval of 20◦C to 40◦C, but with temperatures in excess of 40◦C we note interference phenomenon. This interference implies that contributions to the SPDC flux from different portions of the crystal can interfere construtively or destructively, which translates into variations or even oscillations in the SPDC power as a function of effective crystal length. The non-linearity of the curves become more pronounced as the angular detection aperture gets smaller. In this particular case, the temperature at which interference is observed decreases (or increases) as the wavelength of the pump is less (or more) than 944nm. Two experimental setups were used, one to measure directly the SPDC flux and the other to spectrally resolve SPDC flux. With the first setup we reproduces the behaviors of the numerical analysis, apart from a numerical factor. Finally, the numerical analysis predicted different behavior of the spectrum depending on the phasemismatch, which is closely consistent with measurements obtained with the second setup, again apart from the same numerical factor. | |
| CICESE | |
| 2008 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Cruz Ramírez, H.2008.Análisis de la tasa de emisión en el proceso de downconversion paramétrico.Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.80 pp. | |
| ÓPTICA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Óptica |
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