Quantum optics tilbyder alternativ til dyre lasere inden for spektroskopi

En international forskningsgruppe, sammen med forskere fra MSU, har udviklet en tidsopløst spektroskopimetode, der gør det muligt at studere hurtige processer i prøver. Den nye metode fungerer ved at analysere kvantiseret lys, der transmitteres gennem en prøve uden brug af femtosekundlasere og komplekse detektionssystemer. Dette design er meget billigere end det, der bruges i øjeblikket, og giver forskere mulighed for at studere en prøve uden at ødelægge den. Forskningen er blevet offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

En af de mest almindelige måder at undersøge interaktioner og processer, der forekommer i et stof, er måling af den tid, hvor en prøve reagerer på eksterne elektromagnetiske felter, der påvirker det. Ifølge denne foranstaltning, det er muligt at bedømme, hvilke forbindelser der er mellem stoffets komponenter. Da disse tider ofte måles i femtosekunder (10 ^-15 sek), forskere bruger femtosekundlasere, der er i stand til at generere ultrakorte pulser.

Problemet er, at femtosekundlasere har høj effekt, og derfor kan ødelægge prøven; for det andet, disse lasere er dyre. For at løse dette problem, forskerne har udviklet en ordning, der gør det muligt at studere prøver med enkeltfotoner og bruge almindelige lasere til fremstilling af dem.

Opsætningen består af et simpelt interferometer, der gør det muligt nøjagtigt at måle lysets interferens. I det samlede kredsløb, en ikke -lineær krystal er placeret på laserbanen. Par af sammenfiltrede fotoner produceret i krystallen flyver af sted i en bestemt vinkel. Kvantindvikling består af to eller flere separate partikler, hvis fysiske egenskaber er så korreleret, at kvantetilstanden for hver partikel ikke kan beskrives uafhængigt.

"Takket være dette design, vi kan måle femtosekund gange uden en femtosekund laser, ved hjælp af enkelte fotoner, "forklarede medforfatteren af ​​artiklen, en kandidatstuderende ved Fakultet for Fysik ved Lomonosov Moskva State University, Elizaveta Melik-Gaykazyan.

Testprøven sættes inde i interferometerets ene arm. En foton af det sammenfiltrede par passerer igennem det og rammer strålesplitteren, hvor den møder sin modpart, som har passeret gennem den anden arm. Efter det, fotoner falder på en af ​​to detektorer, som reagerer på enkelte fotoner. Det gør det muligt at konstruere et sammenfaldskredsløb - hvis begge fotoner går til den samme detektor, nul tilfældighed eksisterer; hvis de går til forskellige detektorer, tilfældighedsværdien er en. I det øjeblik forsinkelsen mellem de to arme bliver absolut identisk, kvanteinterferens opstår - tilfældighed forsvinder fuldstændigt, da fotoner aldrig vil falde på begge detektorer samtidigt.

Hvis prøven sættes ind i fotonenes vej, mønsteret for kvanteinterferens begynder at ændre sig. I dette tilfælde, parene med sammenfiltrede fotoner, der kommer til splitteren, bliver mindre "identiske" end i en situation uden en prøve. På grund af dette, fotonmodtagelsesstatistikken for de to detektorer ændres, og via de statistiske ændringer, forskere kan bedømme arten af ​​interaktionerne i det undersøgte stof - f.eks. de kan estimere overgangstiden fra den ophidsede tilstand til den ikke -spændte tilstand.

For hendes arbejde, Melik-Gaikazyan byggede et eksperimentelt setup, målt interferensmønsteret med og uden testprøven indhentede eksperimentelle data og analyserede dem. Forskerne har testet og verificeret metoden på to prøver:en aluminium-yttrium granat med neodym og en matrix af dielektriske nanopartikler.

"Den nye metode til analyse af ukendte stoffer kan bruges i kemi, biologi, og materialevidenskab, "Sagde Melik-Gaykazyan." Desuden det kan være nyttigt, når du opretter en kvantecomputer, og når man forsøger at forstå, hvordan man bruger kvantelys i informationsteknologi. "