|
Квантово-невозмущающие измерения солитонов в оптических волноводах Санкт-Петербургский государственный университет Научный руководитель: Смирнов Валерий Борисович, доктор физико-математических наук Метрологические схемы измерений, исследование сверхбыстрых процессов, создание солитонных линий связи- задачи, связанные с распространением и детектированием оптических солитонов в волоконных световодах. Уже сейчас техника детектирования развита настолько, что существенную роль в измерениях начинают играть шумы квантовой природы. Эти задачи стимулируют как теоретическое, так и экспериментальное исследования квантовых солитонов. Экспериментально получено сжатое состояние электромагнитного поля оптического солитона, т.е. появилась возможность измерять некоторые характеристики солитонов с шумами, амплитуда которых меньше стандартного квантового предела. Помимо генерации сжатых состояний света использование солитонов в оптических волноводах даёт уникальную возможность реализации квантово-невозмущающих измерений (КНИ).Суть КНИ состоит в том, что возможно организовать квантовое измерение таким образом, что неизбежное возмущение наблюдаемой системы оказывает влияние только на одну из квантово-сопряжённых переменных, никак не возмущая интересующую наблюдаемую. Концепция квантово-невозмущающих измерений числа фотонов и /или момента (несущей частоты) оптического солитона имеет все шансы стать основным инструментом будущих "сверхбыстрых" оптических технологий. Схема измерения, удовлетворяющая требованиям КНИ и используящая солитоны в волоконных световодах выглядит следующим образом. Два солитона сталкиваются в оптическом волокне упруго, то есть они сохраняют после столкновения свою форму, энергию (число фотонов) и момент. Единственное что происходит с солитонами в результате столкновения это изменение их фазы и положения. Анализ процесса столкновения на основе метода обратной задачи рассеяния показывает, что изменение фазы и положения одного солитона зависят от числа фотонов и момента другого. Таким образом, измеряя фазу или положение одного (пробного) солитона можно получить информацию о числе фотонов и моменте другого (сигнального). Описанное измерение будет невозмущающим в том смысле, что из-за упругости столкновения солитонов ни число фотонов, ни момент сигнального солитона не претерпят изменений, вызванных процессом измерения. Более того, измерение удовлетворяет всем формальным требованиям КНИ.Концепция КНИ довольно прозрачна и уже осуществлена экспериментально. Однако возникают трудности с извлечением информации о сигнальном солитоне при измерении пробного. Распространяясь в нелинейном оптическом волокне, пробный солитон накапливает нежелательный фазовый шум, вызванный действием фазовой самомодуляции (ФСМ). Этот шум в обычном КНИ примерно в 20 раз превышает стандартный квантовый предел. Мы предлагаем новый способ организации гомодинного детектирования, при котором шум, накапливаемый пробным солитоном, будет полностью подавлен. Этого можно добиться, измеряя не просто фазу, а определенную комбинацию всех параметров пробного солитона. Осуществить измерение можно подходящим выбором формы локального осциллятора. Основным преимуществом нашего метода, по сравнению с другими методиками подавления ФСМ-шума, является возможность измерения сигнального солитона в любом (неизвестном) квантовом состоянии. |
| (c) АСФ России, 2001 |