מה אני חוקר – 3.7 – לבסוף – הרעיון שלנו! Pump shaping

 אחרי שדיברנו כבר המון על חומרים מורכבים, על שיטות של wavefront shaping קלאסי באמצעות SLM ואנחנו מבינים כבר מה הכוונה במדידת קורלציות מרחביות – אנחנו מוכנים להסביר את הרעיון של המחקר שלי!

בניסוי אנחנו מייצרים פוטונים שזורים מרחבית באמצעות SPDC (3.5), ומעבירים אותם דרך משהו שמדמה אטמוספירה טורבולנטית (2.6). המעבר גורם לקורלציות הקוונטיות ביניהן להתערבל ומקבלים two-photon speckle (3.6). אנחנו רוצים להשתמש בשיטות של wavefront shaping קלאסי (2.5) באמצעות SLM (2.1). מערכת קלאסית של wavefront shaping נראית כמו איור a למטה: יש לייזר שעובר דרך תווך מורכב, קיים feedback של מצלמה בצד השני, ומעצבים את האור באמצעות SLM.

הכללה פשוטה למקרה הקוונטי ולקורלציות המרחביות מתואר בb: נייצר את הפוטונים השזורים באמצעות SPDC, ומיד ניפתר מהpump (הלייזר בו השתמשנו כדי לייצר את זוגות הפוטונים) על ידי מראה דיכרואית ששולחת אורכי גל שונים לכיוונים שונים. נעביר את הפוטונים דרך התווך המורכב, הfeedback יהיה מדידת קורלציות במקום מצלמה, ונשתמש בSLM כדי לעצב את הקורלציות בין הפוטונים. הבעיה עם השיטה הזו היא שהסיגנל הקוונטי הוא מאוד מאוד חלש, ולכן יחס האות לרעש יהיה גרוע, וכל התהליך יהיה נורא מסורבל ואיטי.

כאן מגיע הרעיון שלנו, שמתואר בc: שוב אנחנו מייצרים את הפוטונים עם SPDC, אבל במקום לזרוק את הpump, אנחנו מעבירים אותו יחד עם הפוטונים דרך החומר המורכב. גם הקורלציות בין הפוטונים מתערבלות ומייצרות two-photon speckle, וגם הpump מתפזר ונוצר speckle קלאסי. אנחנו מסתכלים אחרי החומר המורכב *על הpump* עם מצלמה, ומבצעים את האופטימיזציה עם הסיגנל החזק של הpump. התוצאה המרכזית שלנו היא שביצוע האופטימיזציה על speckle הקלאסי של הpump יתקן גם את הקורלציות המרחביות בין זוגות הפוטונים! לשיטה הזו אנחנו קוראים pump shaping.

אבל למה שדבר כזה יעבוד? הרי אנחנו יודעים שאורכי גל שונים של אור צוברים פאזה בצורה שונה (לפי e^ikL, עבור k מספר הגל), ולכן הפיזור הוא מאוד תלוי אורך גל. לייזר באורך גל של 405nm ייצור תבנית speckle שונה לחלוטין מלייזר באורך גל של 810nm. אז למה תיקון של הpump מתקן גם את הקורלציות בין הפוטונים?? בפוסט הבא נסביר למה הסיפור הזה עובד, ואז רק יישאר לנו להראות את התוצאות מהניסוי :)