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Präparation nichtklassischer Quellen

Polarisationsgequetschtes Licht und Verschränkung

Nichtklassische Polarisationszustände des Lichts sind von besonderer Bedeutung aufgrund ihrer Kompatibilität mit den Spin-Variablen atomarer Systeme und ihrer einfachen Detektion ohne zusätzlichen Lokaloszillator. Unter Ausnutzung des Kerr-Effekts erzeugen wir effizient polarisationsgequetschtes Licht durch Propagation ultrakurzer Lichtpulse durch eine doppelbrechende Faser [1]. Vor kurzem erzielten wir einen neuen Weltrekord in der faserbasierten Erzeugung gequetschter Zustände: Wir haben eine Verringerung des Rauschens um -6,8±0,3 dB gemessen, was abzüglich der linearen Verluste einen Wert von –10,4±0,8 dB ergibt [2]. Der Vergleich mit Simulationen auf der Basis von Grundprinzipien ergab hervorragende Übereinstimmungen, sowohl mit diesen Messungen (vgl. Abb. 1), als auch mit früheren [3]. Durch Interferenz zweier unabhängiger polarisationsgequetschter Lichtstrahlen an einem symmetrischen Strahlteiler haben wir eine höchst effiziente und robuste Quelle für Polarisationsverschränkung aufgebaut [4].

An diesem Projekt sind beteiligt:
Ruifang Dong,   Mikael Lassen,   Denis Sych,   Christoph Marquardt,   Gerd Leuchs

[1]
J. Heersink, V. Josse, G. Leuchs, U. L. Andersen,
 
[2]
R.-F. Dong, J. Heersink, J. F. Corney, P. D. Drummond, U. L. Andersen, and G. Leuchs,
 
[3]
J. F. Corney, P. Drummond, J. Heersink, V. Josse, G. Leuchs, and U.L. Andersen,
 
[4]
R.-F. Dong, J. Heersink, J. Yoshikawa, O. Glöckl, U. L. Andersen, and G. Leuchs,
 
Simulation of polarization squeezing

Abb. 1: In neuesten Experimenten erzielten wir den Weltrekord von -6,8dB in der faserbasierten Erzeugung geqetschter Zustände [2]. Simulationen auf der Basis von Grundprinzipien erklären die Resultate vollständig [3].

Polarisationsgequetschte Zustände und GAWBS in photonischen Kristallfasern

Eine weitere Methode gequetschte Zustände zu erzeugen sind photonische Kristallfasern (photonic crystal fibers, PCFs), wobei durch die Mikrostruktur der Faser eine Vielzahl von Parametern modifiziert werden kann. Beispielsweise kann aufgrund eines höheren nichtlinearen Effekts der gleiche Quetschgrad mit einer kürzeren Faser oder mit geringerer Leistung erreicht werden. Auf diese Weise häufen gequetschte Zustände weniger Rauschen durch Phononenstreuung, wie zum Beispiel GAWBS (guided acoustic wave brillouin scattering) an [1]. Des weiteren haben wir gezeigt, dass die Mikrostruktur einer PCF den lichtleitenden Faserkern von seiner Umgebung mechanisch entkoppelt. Daher führen geringere Photon-Phonon-Wechselwirkungen zu einer zusätzlichen Verringerung des GAWBS-Rauschens in kommerziell erhältlichen PCFs (vgl. Abb .3) [2, 3]. Durch Anpassen der Mikrostruktur können weiterreichende Verbesserungen erreicht werden.

An diesem Projekt sind beteiligt:
Michael Förtsch,   Mikael Lassen,   Josip Milanovic,   Christoph Marquardt,   Gerd Leuchs

[1]
J. Milanovic, J. Heersink, Ch. Marquardt, A. Huck, U.L. Andersen, G. Leuchs,
 
[2]
D. Elser, U. L. Andersen, A. Korn, O. Glöckl, S. Lorenz, Ch. Marquardt, and G. Leuchs,
 
[3]
D. Elser, Ch. Wittmann, U. L. Andersen, O. Glöckl, S. Lorenz, Ch. Marquardt, and G. Leuchs,
 
Simulation of GAWBS

Abb. 3: Simulation der akustischen Energiedichte in einer PCF (blau=geringe Energie, rot=hohe Energie). Die Luftlöcher verhindern, dass unerwünschte akustischen Vibrationen in den lichtleitenden Kern eindringen [2].


Resonante und nicht-resonante Wechselwirkungen in gefüllten Hohlkern-PCFs

Die hohe Nichtlinearität von Atomen nahe der Resonanz ist eine vielversprechende Alternative zur Kerr-Nichtlinearität in Fasern. Selbstinduzierte Transparenz (SIT) kann dabei die Absorption von Licht verhindern. Wir haben den Hohlkern von PCFs mit Rubidium gefüllt (vgl. Abb. 4) und planen, daraus eine mikroskopische Gaszelle herzustellen. Außer der Erzeugung gequetschter Zustände durch SIT dienen Hohlkernfasern auch als vielseitiges Hilfsmittel für die Untersuchung von Atom-Licht-Wechselwirkungen.

An diesem Projekt ist beteiligt :
Wenjia Zhong,   Christoph Marquardt,   Gerd Leuchs

Abb. 4: Mit Rubidium gefüllte Hohlkernfaser


Whispering Gallery Modes

Wir untersuchen nichtlineare optische Prozesse und ihre quantenoptischen Aspekte in "Whispering Gallery Mode" (WGM) Resonatoren. Diese können sowohl einen sehr großen Q-Faktor als auch eine kleines optisches Modenvolumen besitzen. Dadurch werden die nichtilnearen Frequenzkonversions-Prozesse deutlich verstärkt. Beispielsweise werden Prozesse wie "Second Harmonic Generation" und "Parametric Down Conversion" schon für sehr geringe optische Leistungen, und letztenendes sogar für einzelne Photonen, effizient. In diesem Regime tritt die nichtklassische Natur des erzeugten und konvertierten Lichtfeldes zu Tage.

An diesem Projekt sind beteiligt:
Dmitry Strekalov,   Josef Fürst,   Christoph Marquardt,   Gerd Leuchs

Abb. 5: WGM Resonator