Мюонные семейства как инструмент для исследования первичных космических лучей высоких и сверхвысоких энергий тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

Государственный научный центр Российской Федерации «Институт ядерных исследований РАН»

г "" г. ') тг

На правах рукописи

2 3 ДПР ЬЬо

БОЗИЕВ Садин Назирович

Мюонные семейства как инструмент для исследования первичных космических лучей высоких и сверхвысоких энергий

01.04.23— физика высоких энергий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва-1996

3 Г. Л МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ И ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ

На правах рукописи

Королькова Наталья Владимировна

УДК 535.2:548.0:621.

«

Формирование и статистические свойства неклассических

световых полей при нелинейном преобразовании частот в оптически анизотропных средах

Специальность 01.04.23 - лазерная физика

Автореферат

на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

\

Москва. 1995

Работа выполнена на физическом факультете Московского государственного университета им. М-В. Ломоносова

Научный руководитель -

доктор физ. - мат. наук, профессор A.C. Чиркин Официальные оппоненты:

доктор физ. - мат. наук, профессор Д.Н. Клышко доктор физ. - мат. наук, профессор А.Н. Ораевский Ведущая организация:

Санкт-Петербургский государственный университет,

Специализированного совета К.053.05.21 при Отделении радиофизики Физического факультета МГУ по адресу: 119 899, Москва, МГУ, Физический факультет, Корпус нелинейной оптики, ауд. им. С.А. Ахманова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.

Автореферат разослан " 1996 г.

, Ученый секретарь

Специализированного Совета к.ф.-м.н., доцент

Физический факультет" Защита состоится "/j[_n (jpei/ia&t 1996 г. ¡5_

часов на заседании

А .И. Гомонова

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В последние 10-15 ле! интенсивное развитие получили исследования в области квантовой оптики. В большой степени это вызвано интересом к чисто квантовым световым полям с подавленными квантовыми флуктугщиями, которые также называют неклассическими полями: поля в квадратурно - сжатом состоянии, с субпуассоновской статистикой фотонов, с аптигрулплровкой фотонов. Наиболее часто используемые методы генерации неклассического, сжатого света основаны на трех- и четырехволновых параметрических процессах. Однако при этом получают сжатие вакуумных флуктуаций, т.е. по существу шумовые поля. Интенсивные стабильные поля с пониженным уровнем квантовых шумов удается получить в процессах самовоздействия и генерации высших оптическиих гармоник, но степень подавления квантовых шумов при этом все еще уступает результатам, достигнутым в параметрических процессах. Вместе с тем интенсивные поля с не классическими свойствами представляются более перспективными для ряда приложений. Поэтому весьма важной является задача поиска, новых эффективных методов формирования неклассических световых полей.

Как известно, эффективность нелинейно - оптических процессов может быть значительно повышена, в поле интенсивных световых импульсов. Кроме того, применение сверхкоротких световых импульсов в нелинейных процессах позволяет избежать в ряде случаев нежелательных оптических эффектов, возникающих в непрерывных интенсивных полях. Перераспределение квантовых флуктуаций между квадратурными компонентами при самовоздействии экспериментально было получено именно в поле сверхкоротких световых импульсов. В связи со сказанным возникает необходимость полного и

корректного квантового описания статистических свойств световых импульсов, и решение этого вопроса представляется важным предметом исследования.

Интерес к световым полям в сжатом состоянии обусловлен в значительной мере перспективностью их использования в высокоточных измерениях, обоснованной к настоящему времени как теоретически, так и экспериментально. Долгое время оптико-физические измерения были ограничены стандартным квантовым пределом. Применение сжатого света в спектроскопии, в интерферометрических и поляризационных измерениях и т.п. позволяет обойти этот предел и тем самым повысить чувствительность измерений.

Цель диссертационной работы

Цель работы состояла в теоретическом анализе процессов генерации высших гармоник когерентным и неклассическим светом в оптически анизотропных средах с квадратичной и кубической не-линейностями, включая расчет квантовых фазовых флуктуаиий и статистики фотонов.

В связи с этим основными направлениями исследований явились:

1. Развитие новых методов для решения квантовых задач двух-волнового взаимодействия.

2. Анализ влияния эффектов, обусловленных кубичной нелинейностью среды, на формирование в процессах нелинейного преобразования частот оптического излучения с существенно неклассическими свойствами.

3. Изучение статистики фотонов и фазовых флуктуаиий неклассических полей, получаемых при умножении оптических частот.

Научная новизна

1. В приближении заданного числа фотонов получены аналитические выражения, описывающие процессы квантовых двухволновых

взаимодействий в анизотропных оптически нелинейных средах.

1. Показано, что в средах с квадратичной и кубичной нелинейно-стями эффективность подавления флуктуаций квадратурных компонент второй и третьей гармоник определяется нелинейными фазовыми набегами, связанными с самовоздействием и кроссвзаимодействи-ем волн, и эффективностью нелинейного преобразования основного излучения.

4. Проведен анализ статистических свойств линей но и нелинейно преобразованного поляризационно - сжатого света.

5. Соотношение неопределенности фаза. - число фотонов обобщено на волновые пакеты и пучки.

Научная и практическая ценность работы

Впервые предложено одновременно использовать квадратичную и кубичную нелинейность среды для подавления квантовых флухтуа-ций при генерации высших оптических гармоник. Проанализированы возможные применения излучения с неклассическим состоянием поляризации: формирование света с субпуассоновской статистикой фотонов; использование поляризационно - сжатого света в фазоме-трии и поляриметрии. Получено соотношение неопределенности число фотонов - фаза, для практически важного случая световых импульсов и пучков.

Основные положения выносимые на защиту:

1. Приближение заданного числа фотонов в квантовой теории двухволновых взаимодействий позволяет более корректно учесть нелинейный характер взаимодействия, включая изменение фазовых соотношений.

2. Эффект самовоздействия способствует подавлению квантовых флуктуации в квадратурных компонентах высших гармоник, возбуждаемых когерентным основным излучением в квадратично-кубичных оптически анизотропных средах. При этом анизотропия нелинейности среды может играть положительную роль в процессе сжатия квантовых флуктуаций.

3. Поле второй гармоники, возбуждаемой поляризационно - сжатым светом, может находиться в квадратурно-, амплитудно- и поляризационно - сжатых состояниях. Происходит смена пары параметров Стокса, в которых осуществляется перераспределение квантовых флуктуаций.

4. Линейное преобразования поляризационно - сжатого света может служить простым способом формирования интенсивного излучения с субпуассоновской статистикой.

5. Применение поляризационно - сжатого света в фазометрии и поляриметрии может приводить к повышению чувствительности измерений.

6. Обобщение соотношения неопределенности фаза - число фотонов на случай световых импульсов и пучков.

Личный вклад автора. Проведение аналитических и численных расчетов и анализ полученных результатов.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа содержит 124 страницы текста, включая 22 рисунка. 130 наименований в списке литературы.

Структура работы следующая: Введение, 4 главы. Заключение и Список литературы.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы докладывались на XIV и XV Международных конференциях по когерентной и нелинейной оптике (Санкт-Петербург, 1991 и 1995), VIII Международной конференции "Оптика лазеров" (Санкт-Петербург, 1993), IV и V Международных семинарах по Квантовой оптике (Минск, 1992 и 1994), II Международном семинаре по Сжатым состояниям и соотношению неопределенности (Москва, 1992), III European Conference on Quantum Optics (Davos, Switzerland, 1992), Международном семинаре по Квантовым нелинейным явлениям в оптике и конденсированных средах (Дубна, ОИЯИ, 1993), Международной школе по Квантовой оптике (Репино, 1993), 12th UK National Conference on Quantum Electronics (Southampton, United Kingdom, 1995).

Основное содержание диссертации опубликовано в 9 научных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Содержание работы

Во Введении обоснована актуальность темы, ее научное и практическое значение, сформулированы цель работы и основные положения, выносимые на защиту. Приведено краткое содержание работы по главам.

Глава 1 представляет собой обзор научной литературы, связанной с тематикой работы, который условно разделен на три части. В

первой части кратко рассмотрены существующие методы генерации излучения с подавленными квантовыми флуктуациями и возможные применения сжатого света.

Вторая часть обзора посвящена вопросам, связанным с учетом векторного характера электромагнитных полей. Здесь рассмотрены работы по исследованию распространения поляризованного излучения в среде с кубической нелинейностью и влияние поляризационных свойств излучения на его неклассические свойства. Недавно показано, что в анизотропных нелинейных средах возможна генерация полей с подавленными флуктуациями в одном из параметров Стокса, получивших название поляризационно - сжатых полей.

В последней части обзора обсуждена проблема эрмитового унитарного квантовомеханического оператора фазы и формализма для анализа фазовых свойств квантовых полей.

В главе '2 проведен теоретический анализ генерации высших оптических гармоник с точки зрения возможности получения неклассических интенсивных полей на удвоенной и утроенной частоте. Впервые рассмотрено формирование квантовых сжатых состояний в процессе генерации второй гармоники в квадратично - кубичной среде (в среде с одновременным проявлением квадратичной и кубичной Х,(3) оптических нелинейностей) при учете эффекта, самовоздействия. Расчеты выполнены для типа взаимодействия оо —+ е (основная волна является обыкновенной "о" , волна второй гармоники - необыкновенной "е"). При теоретическом анализе такой задачи возникает необходимость решать систему квантовых нелинейных уравнений для операторов рождения м уничтожения фотонов на основной частоте и второй гармонике, которую в отличие от классической системы уравнений точно решить не удается. В связи с этим нами развито приближение заданного числа фотонов, являющегося квантовым анало-

том приближения заданной интенсивности, В этом приближении, в отличие от приближения заданного ноля, удается учесть нелинейный характер взаимодействия фаз полей. В развитом приближении в процессе нелинейного взаимодействия предполагается, что оператор числа фотонов на основной частоте п(г) не меняется (тг(г) = щ).

В начале главы 2 изложен анализ распространения когерентного светового излучения в квадратично - кубичной среде в случае изотропных нелинейных добавок к показателю преломления. Рассмотрено поведение флуктуаций квадратурных компонент поля второй гармоники в приближении заданного поля, а также - в приближении заданного числа фотонов. Проведено сопоставление полученных при этом результатов. Показано, что сжатие флуктуаций в квадратурных компонентах имеет место в обоих случаях, однако приближение заданного числа, фотонов описывает эффект более точно и применимо при больших коэффициентах преобразования, которым соответствует большая степень сжатия квантовых флуктуаций. Установлено, что степень сжатия на. второй гармонике (ВГ) определяется эффективностью нелинейного преобразования и нелинейным фазовым набегом за счет самовоздействия.

Далее в приближении заданного числа фотонов проведен анализ распространения когерентного светового излучения в квадратично-кубичной среде с анизотропными нелинейными добавками к показателю преломления. В этом случае исследуемый процесс взаимодействия световых волн с частотами ии2ш описывается гамильтонианом взаимодействия вида.:

Я„ = + ба^е-М + •

0)

(7„а+2а2 + 72 2Ь+Ч2 + + 712)а+й6+6)/2} где а+(а.) и Ь+(Ь) - операторы рождения (уничтожения) фотонов поля

основной частоты и ВГ соответственно; ¡3 ос х'^] параметры 7п и 722 связаны с эффектом самовоздействия причем 7п Ф 722, а параметры 712,721 - с кроссвзаимодействием волн, величины 7;;- пропорциональны компонентам тензора кубической восприимчивости х^К До - линейная фазовая расстройка, V - фазовая скорость света в среде. В представлении Гейзенберга процесс генерации ВГ описывается нелинейными квантовыми уравнениями:

= -02аЧе-{*°* - ¿7па+а2 - ¿712ЬЧа , (а)

|| = -фа2 е'Л°г - ^2\а+аЬ - н22Ь+Ь2. (б)

Эволюция оператора поля ВГ в приближении заданного числа фотонов дается выражением:

Ь(г) = ¿гпс(тг) +

^ (3)

+ г'уЬо* е'г* ¿гпс{тг) + Ьое1з* со&{тг)} ,

где т = \1 + А2, А2 = 4/?(п0+1/2), оператор Ь0 учитывает вакуумные флуктуации на ВГ. Последние два слагаемых в (3) отсутствуют при классическом описании процесса. Видно, что пространственная эволюция оператора ¿(г) носит в общем случае осциллирующий характер и определяется нелинейными параметрами /?, 7п, 721 , числом фотонов п0 основной волны, а также линейной фазовой расстройкой До-

Показано, что определенными особенностями по сравнению с изотропным случаем обладает в анизотропной кубично-нелинейной среде поведение среднего числа фотонов в зависимости от величины приведенной линейной фазовой расстройки До = Дог. За счет возникновения нелинейной фазовой добавки к показателю преломления

(2)

происходит смещение положения максимума генерации второй гармоники от направления фазового синхронизма Д0 = 0. Линейная расстройка Д0 может быть частично скомпенсирована нелинейной фазовой расстройкой, связанной с анизотропией кубической нелинейности среды.

Помимо этой особенности наличие нелинейной фазовой расстройки оказывает влияние на квантовое состояние поля ВГ. На частоте второй гармоники могут формироваться квадратурно - сжатые состояния с минимальной дисперсией в одной из квадратурных компонент, равной

= I - - |К2 - ^{2Ф21 - 1ф - 2} . (4)

Здесь К = Р2пй - эффективность преобразования во ВГ, Ф = уйо и ф!;- = 7;;-по - нелинейные добавки к фазе за счет самовоздействия и

кроссвзаимодействия. При определенных значениях параметров К, Ф возможно подавление флуктуации ниже уровня для когерентного состояния. Проведенный анализ показал, что основную роль в формировании сжатия играют самовоздействие основной когерентной волны и эффективность преобразования во ВГ, а также дополнительная фазовая расстройка, обусловленная анизотропией кубической нелинейности среды.

Аналогичные расчеты были проведены для третьей гармоники. Процесс генерации третьей гармоники в средах с анизотропной кубичной нелинейностью описывается гамильтонианом взаимодействия

Я»., = М71 (¿+д3е{А"г + са+3е"А°г) +

(5)

5 [Ъ а+2а.2 + 74 ¿+2с2] + у3а,+ас+с)}

где 7; - нелинейные коэффициенты, пропорциональные компонентам тензора кубичной нелинейной восприимчивости коэффициент 71

связан с когерентным взаимодействием и описывает процесс генерации третьей гармоники; коэффициенты 72, 74 ответственны за процессы самовоздействия и 73 - процесс кроссвзаимодействия волн. В приближении заданного числа фотонов получены соотношения для дисперсий квадратурных компонент третьей гармоники и показано, что возможно формирование квадратурно-сжатых состояний поля третьей гармоники. Характер поведения дисперсий квадратур аналогичен случаю ВГ

Квантовый расчет генерации второй и третьей гармоник, таким образом, показал, что эффекты самовоздействия и кроссвзаимодействия в анизотропных нелинейных средах влияют не только на эффективность преобразования основного излучения в высшие гармоники, но и на эффективность подавления квантовых флуктуаций квадратурных компонент этих гармоник, причем максимальные значения указанных эффективностей достигаются при различных условиях, что связано с анизотропией кубической нелинейности.

Известно, что в случае прямой генерации третьей гармоники эффекты самовоздействия и кроссвзаимодействия присутствуют всегда. Что же касается генерации ВГ, то в широко используемых кристаллах (например, КБР, КТР и т.п.) влияние кубичной нелинейности в интенсивных полях проявляется слабо. Однако при удвоении оптической частоты в нелинейных средах со снятым центром симметрии эффекты, связанные с кубической нелинейностью, могут быть существенными. В этом отношении интерес может представить процесс фотоиндуцированной генерации ВГ в стеклянных волоконных световодах, в которых эффективность преобразования может быть более 10%. Другими перспективными средами для эффективного формирования второй и третьей оптических гармоник в неклассическом состоянии представляется органические кристаллы

и пленки.

В главе 3 проводен анализ линейного и нелинейного преобразования поляризационно - сжатого света. Это сравнительно новый тип излучения с неклассическим состоянием поляризации. В таком поле подавлены квантовые флуктуации одного из параметров Стокса, характеризующих состояние поляризации излучения. При этом область неопределенности параметров Стокса принимает форму эллипсоида. Нами рассмотрено формирование ноляризационно-сжатого света в условиях фазовой расстройки между взаимодействующими модами. В приближении заданного числа фотонов получено выражение для операторов взаимодействующих мод. Установлено, что в случае больших линейных расстроек Д таг{= 1,2) результаты для стоксовых параметров отличаются от полученных в пренебрежении параметрическими взаимодействиями только наличием периодически осциллирующего множителя.

Затем рассмотрено прохождение поляризационно - сжатого света через фазовую пластинку Р(ф) и анализатор А. Поле на выходе такой системы является результатом интерференции поляризационных мод ау. С помощью фазовой пластинки и анализатора мы можем выбрать Стоксову компоненту, которой соответствует минимальное значение дисперсии флуктуаций. Расчеты показали, что это позволяет подавить флуктуации числа фотонов ниже уровня, соответствующего пуассоновской статистике.

Для количественного анализа отличия статистики фотонов от пуассоновской рассчитан фактор Фано Р = а2п/(п), который в общем случае является периодической функцией соотношения фаз. Для случая равных средних чисел фотонов в поляризационных модах щ = По = щ фактор Р принимает минимальное значение, равное

+ т7)2/2(1 + 7?2), (6)

где 77 = Ф2/Фь Ф; = {ц - 1)по, 7; и 7 - нелинейные коэффициенты, ответственные за самовоздействие и кроссвзаимодействие соответственно. При формировании поляризационно - сжатого света |ф2 _ ^ 0 и величина < 1. Выражение (6) приведено для условия Ф12 + Ф22 > |Ф2 - Ф^ | - Наиболее благоприятной является ситуация, когда знаки нелинейных фаз Ф2 и Ф1 различны ( т) < 0 ). В случае т] & — 1 можно получить излучение с практически нефлук-туирующим потоком фотонов (поле в фоковском состоянии).

Таким образом, рассмотренным способом возможно получить неклассическое световое поле с широким спектром свойств: субпуас-соновская статистика, антигруппировка фотонов, фоковское состояние. Статистические свойства при этом легко изменяются при варьировании разности фаз между интерферирующими полями. Эффективность же изменения статистических характеристик поля определяется разностью нелинейных фаз Ф2-Фь т-е- анизотропией нелинейных добавок к показателю преломления (71 ф 72) среды, в которой генерируется поляризационно - сжатый свет.

В главе 3 рассмотрено также нелинейное преобразование частоты поляризационно - сжатого света. Интерес к этому связан, с одной стороны, с тем, что нелинейные преобразования (параметрическое взаимодействие, самовоздействие и т.п.) оптического излучения являются одним из основных методов получения светового поля в неклассическом состоянии; с другой стороны, нелинейно-оптические преобразователи могут выступать в качестве "детекторов" статистических свойств световых полей. Хорошо известный пример этого - особенности формы спектра В Г параметрически сжатого света.

Нами приведен анализ удвоения частоты поляризованного света с неклассическим состоянием поляризации. Поляризационно - сжатый свет, формирующийся в анизотропной кубично - нелинейной

среде, после прохода через поляризатор и поступает на квадратично-нелинейный кристалл, где происходит синхронное удвоение частоты для типа взаимодействия оо —► е. Получены аналитические выражения для среднего числа фотонов ВГ в случае произвольных средних чисел фотонов в первоначальных поляризационных модах

й2 л

N = ^{¿(З + со540)(й? + п\) + 2со&2в{п\ - п\)+ (1 - со&4.в)п1П42 + со5[2Ф + 2ф + Д7])+

(7)

\щ{2вт2в + зт4.в)соэ[Ф +ф + Д71] + пг(2&т2в - згп4^)соз[Ф + ф - Д72Ц}

Здесь в - угол между осью поляризатора и вектором поляризации ёь

Ф = ¿>2 - Ф\ = - Фо\ + Фг - + бфо, Фо] = агд<У}, 6ф0 - регулируемая разность фаз, вносимая фазовой пластинкой, помещаемой, например, между нелинейными средами; п;- - среднее число фотонов в поляризационной моде.

Для фактора Фано поля ВГ в случае в = 7г/4 и П\ = «2 — ^о получено:

/г-1 ь-лт/ ,гг | 34агпФ + 25^гп2Ф + 12дшЗФ + дгп4Ф /о\ Ь - 1 - -3 + сов2Ф + 4содФ ' ^

Найдено, что в анизотропно-нелинейной среде эффективность преобразования во ВГ несколько больше, чем в изотропно-нелинейной среде. Однако это различие практически несущественно. Анализ поведения фактора Фано показал, что статистика фотонов поля ВГ может иметь характер субпуассоновский {¥ < 1), пуассоновский (Р — 1) или суперпуассоновский (Г < 1) в зависимости от соотношения линейных и нелинейных фаз.

Что касается флуктуаций поляризации, то во ВГ подавленными могут быть квантовые флуктуации Стоксовых параметров Йр или ¿>1, тогда как в исходном поле подавлены флуктуации в параметрах 52 или 5з.

Глава 4 посвящена изучению квантовых фазовых свойств оптических полей. Излучение, получаемое при преобразовании поляризаци-онно - сжатого света примечательно тем, что в нем имеет место сочетание неклассических свойств, в частности, поляризационное сжатие может сопровождаться подавлением флуктуаций числа фотонов. В этой главе показано, что такал особенность преобразованного по-ляризадионно - сжатого света открывает определенные возможности его использования в точных фазовых и поляризационных измерениях для повышения чувствительности.

Условием регистрации изменения среднего числа фотонов, вызываемого изменением фазы Ф и угла в, является превышение этого изменения над среднеквадратичным значением флуктуаций числа фотонов:

¿(п) > (9)

Здесь ((Дп)2) = (тг2) - {тг)7 - дисперсия числа фотонов. Получены соответствующие выражения для {п) и {(Дп)2) в рассматриваемых случаях, на основании которых определены минимальные измеримые величины ¿Ф и ¿в. При сравнении полученных результатов с характером статистики фотонов установлено, что при переходе в область значений нелинейных фаз, соответствующих субпуассоновской статистике, возможно измерение меньших величин ¿в и <5Ф по сравнению с когерентным случаем. Более глубокое подавление флуктуаций числа фотонов поляризационно-сжатого света приводит к повышению предельной чувствительности поляризационных и фазовых измерений.

В процессе формирования поляризационно-сжатого света важную роль играют анизотропные нелинейные фазовые добавки к показателю преломления среды, обусловленные кубичной нелинейностью. Получить большие нелинейные фазовые набеги можно в импульсных световых полях. В связи с этим необходим анализ для квантовых флуктуаций световых импульсов.

В главе 4 нами впервые проведено обобщение соотношения неопределенности для фалы и числа фотонов на случай когерентных световых импульсов (пучков), что позволяет охарактеризовать их квантовые флуктуации во временном (пространственном) представлении. Заметим, что известное соотношение неопределенности фаза - число фотонов относится к непрерывному излучению. Введены операторы числа фотонов Й[Т) и синуса и косинуса фазы £>{Т) и ¿(Г) за время измерения 'Т в рамках фазового формализма Сасскинда - Глогове-ра. Получены коммутационные соотношения, из которых вытекают следующие соотношения неопределенности

АЛ'ПТ)ЛЗ(Т) > ^{С(Т)),

(10)

ДЛ'(Т)ДС(Т) > ^(5(Т)).

Показано, что при длительности когерентного импульса т;, гораздо больше Т временная эволюция среднего числа фотонов и дисперсии числа фотонов адиабатически следует за изменением огибающей. Пр); Т << тг дисперсия фазовых флуктуации также адиабатически изменяется с огибающей импульса.

Общие результаты и выводы

В настоящей работе теоретически исследована генерация полей с неклассическими свойствами при нелинейном преобразовании частоты в анизотропных средах с квадратичной и кубичной нелинейностя-

ми. Проведен анализ эффектов, влияющих на характер поведения квантовых флуктуадий излучения на основной частоте и частотах высших гармоник. Полученные результаты сравниваются со случаем нелинейных сред с изотропной кубичной нелинейностью.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Развито приближение заданного числа фотонов для решения квантовых нелинейных операторных уравнений, описывающих процессы двухволновых взаимодействий.

2. Получены аналитические выражения, описывающие процессы удвоения и утроения частоты когерентного света в нелинейных средах при наличии эффекта самовоздействия.

3. Предельная эффективность подавления флуктуации квадратурных компонент поля ВГ, возбуждаемой когерентным излучением, определяется эффективностью нелинейного преобразования, нелинейным набегом фазы за счет самовоздействия и кроссвзаимсщей-ствия и анизотропией нелинейной добавки к показателю преломления среды. Основным механизмом, приводящим к сжатию флуктуадий на ВГ, является эффект самовоздействия. Аналогичные результаты получены для случая генерации третьей гармоники когерентным излучением.

4. При линейном преобразовании поляризационно - сжатого света системой, состоящей из фазовой пластинки и анализатора, возможно формирование света с субпуассоновской статистикой фотонов.

5. При удвоении частоты поляризационно - сжатого света поле второй гармоники обладает рядом неклассических свойств: субпуас-соновская статистика, квадратурно - сжатые состояния, поляризационное сжатие. Однако по сравнению с основным излучением на ВГ происходит частичное уменьшение сжатия.

6. Показано, что использование поляризационно сжатого света

позволяет повысить предельную точность фазовых и поляризационных измерений.

7. Теоретический проанализированы квантовые флуктации световых импульсов. Установлено, что при времени наблюдения меньше длительности импульса дисперсии фазовых флуктуации и флуктуации числа фотонов адиабатически следуют за изменением огибающей.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1) Н. В. Королькова, А. С. Чиркин. Квантовые состояния второй оптической гармоники в присутствии эффекта самовоздействия. Тезисы XIV Международной конференции по Когерентной и Нелинейной Оптике, с. 77, Санкт-Петербург, 1991

2) A. S. Chirkin, N. V. Korolkova. Nonclassical states of the second optical harmonic in presence of self-action. Proc. of the Second International Workshop on Squeezed Light and Uncertainty Relations, p. 25-33, NASA Conference Publication. 1992

3) H. В. Королькова, А. С. Чиркин. Квантовые состояния второй оптической гармоники при наличии эффекта самовоздействия. Изв. РАН, сер. физич., 56, (1992), N12, 15-18

4) II. В. Королькова, А. С. Чиркин. Удвоение частоты когерентного излучения в средах с квадратичной и кубичной нелинейностями: приближение заданного числа фотонов. Оптика и спектр. 74, (1993), N5, 908-911

5) 11. В. Королькова, А. С. Чиркин. Сжатый свет на высших оптических гармониках в анизотропных средах. Тезисы 7 конференции "Оптика, лазеров", т.2, с. 539, Санкт-Петербург, 1993

6) A. S. Chirkin, N. V. Korolkova. The influence of anisotropy of nonlinear optical media on quantum states of the second and third

optical harmonics. Laser Physics, 4, (1994), 727-733

7) H. В. Королькова, А. С. Чиркин. Источник интенсивного излучения с неклассическими свойствами. Квантовая электр. 21, (1994), 1109-1110

8) A. S. Chirkin, N. V. Korolkova. Formation and statistical properties of polarization - squeezed light. 15th International Conference on Coherent and Nonlinear Optics. Technical Digest, v.l, p. 267, St-Petersburg, 1995

9) N. V. Korolkova, A. S. Chirkin. Formation and statistical properties of polarisation - squeezed light. The twelfth UK National Quantum Electronics Conference. Technical Digest, P 2-40, Southampton, 1995

ООП £из.ф—та МГУ Зак.126-70-95г.