Verfolgung der Photonenfarbe in Bell-Experimenten

Es werden nur diejenigen Photonen verwendet, die sich in der gleichen Raummode bewegen, und diese befinden sich am Schnittpunkt der Kegel, in denen sich die herunterkonvertierten Photonen befinden. Wie Sie sehen können, implizieren Impuls- und Energieerhaltung, dass die Farben an den Schnittpunkten gleich sind. Zitat : "Entlang der Schnittpunkte der Kegel gleicher Wellenlänge (in unserem Foto die grünen Kreise) können polarisationsverschränkte Photonenzustände beobachtet werden."

Die Kegeltrennung im obigen Bild hat nichts mit einem Prizm-Effekt zu tun. Die spontane parametrische Abwärtswandlung (SPDC) kann als eine spontane Version eines nichtlinearen optischen Effekts der Differenzfrequenzerzeugung betrachtet werden . Es tritt in Medien mit einer Nichtlinearität zweiter Ordnung ungleich Null auf, normalerweise nicht zentrosymmetrische Kristalle. Dieser Prozess ist parametrisch, was bedeutet, dass Atome des Kristalls nicht angeregt werden, was zu einer Energieerhaltung für Photonen führt:$\omega_p=\omega_s+\omega_i$, Wo$\omega_p$die Frequenz der Laserpumpe ist, und$\omega_{s,i}$sind Frequenzen von herunterkonvertierten Photonen. Damit der Prozess effizient ist, sollte außerdem die Phasenanpassungsbedingung erfüllt sein:$\mathbf{k}_p=\mathbf{k}_s+\mathbf{k}_i$, was als Impulserhaltung für Photonen interpretiert werden kann.

Diese Bedingung ist in homogenen isotropen Materialien schwer zu erfüllen, da aufgrund der Frequenzstreuung$\mathbf{k}(\omega)=\omega n(\omega)/c$kommt drauf an$\omega$auf nichtlineare Weise. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, kann man anisotrope Kristalle verwenden, bei denen der Brechungsindex für eine in der Ebene der optischen Achse polarisierte Welle von der Ausbreitungsrichtung abhängt $n=n(\omega,\theta)$Wo$\theta$ist der Winkel dazwischen$\mathbf{k}$und optische Achse. Bei einer sogenannten Down-Conversion-Pumpe vom Typ II ist eines der Photonen außergewöhnlich, während das andere gewöhnlich ist ($e\rightarrow o+e$Phasenanpassung). Wir haben also die Phasenanpassungsbedingung in der folgenden Form:

Photonen in jedem Kegel haben eine wohldefinierte lineare Polarisation – in der Ebene bzw. orthogonal zur Ebene der optischen Achse des Kristalls. Eine Ausnahme ist die Richtung, in der Kegel für Photonen mit gleichen Frequenzen sind$\omega_i=\omega_s=\omega_p/2$(grüne im Bild) schneiden. Dort entstehen die polarisationsverschränkten Photonen. Die Originalarbeit, die das erste Experiment unter Verwendung dieses Schemas beschreibt, kann hier gefunden werden .