מה אני חוקר – 3.6 – מדידת קורלציות ו two photon speckle

 בפוסט הקודם הסברנו איך אנחנו יוצרים זוגות של פוטונים שזורים מרחבית, ואמרנו שקיימות ביניהם קורלציות חזקות במיקום ובתנע. נסביר איך אנחנו מודדים קורלציות כאלה, ספציפית בשדה הרחוק (=בצד השני של עדשה).

הטענה שלנו היא שמשימור תנע, אם פוטון אחד נפלט בזווית X, אז בן הזוג שלו ייפלט בדיוק בזווית מינוס X, ולכן סכום הזוויות שלהם יהיה תמיד 0. במדידת קורלציות (או coincidence) יש לנו שני גלאי פוטונים בודדים, ואנחנו בודקים האם הגיעו פוטונים לשני הגלאים בדיוק בו זמנית (ברזולוציה של כמה ננו שניות). ההנחה שלנו היא שאם פוטונים מגיעים בדיוק באותו הזמן זה כי הם בני זוג שזורים. לפי מה שתיארנו, אנחנו מניחים שבהינתן שהגיע פוטון לגלאי אחד שנמצא בזווית X, אז הגלאי השני ימדוד פוטון בו זמנית אך ורק כשהוא יימצא בדיוק בזווית מינוס X.

נשאיר גלאי אחד מקובע במקום, ונסרוק עם הגלאי השני את כל הזוויות, ונתעד כמה זוגות נצפו בכל נקודה. את התוצאות נוכל לתאר באמצעות תמונה, שנקרא לה coincidence count rate, וכאמור במקרה הפשוט היא תהיה פשוט נקודה באמצע (ראו תמונה למטה).

עכשיו נעשה את זה מעניין: לא נשלח את הפוטונים מהגביש ישר אל גלאי הפוטונים, אלא נעבור קודם דרך תווך מפזר (תווך מורכב). בכל הפוסטים הראשונים בסדרה חקרנו מה קורה לאור קלאסי (לייזר) שעובר דרך תווך מפזר, ולמדנו שנוצרת תבנית speckles. עכשיו כשהפוטונים השזורים עוברים דרך התווך המורכב אז הקורלציות ביניהם מתערבלות. כעת אם גלאי אחד מגלה פוטון בזווית X כלשהי, הגלאי השני יוכל למדוד פוטון בכל מיני מקומות, לפעמים בזווית גדולה יותר ולפעמים בקטנה יותר. שוב נוכל להשאיר גלאי אחד נייח, ועם הגלאי השני לסרוק את כל הזוויות ולספור מתי הגיעו זוגות פוטונים בו זמנית. לבסוף נצייר את תמונת הקורלציות, ונקבל... two photon speckle!

בחלק מהמקומות נספור יותר זוגות ובחלק פחות, ומרחבית נקבל משהו שנראה כמו תבנית speckle. אבל חשוב להבהיר: באור קלאסי תבנית הspeckles מתארת מצב בו בכל נקודה במרחב יש כמות פוטונים שונה. הtwo-photon speckle מתאר מצב בו *בהינתן פוטון אחד בזווית X* אז איפה נוכל למצוא את בן הזוג שלו.

עכשיו נוכל לנסות להפעיל את כל ארגז הכלים שלנו של wavefront shaping כדי לנסות לתקן את הפיזור של הקורלציות הקוונטיות, אחרי שהפוטונים השזורים עברו דרך התווך המפזר! זאת ועוד – בפוסטים הקרובים...