Praca doktorska
Brak miniatury
Licencja
Korzystanie z tego materiału możliwe jest zgodnie z właściwymi przepisami o dozwolonym użytku lub o innych wyjątkach przewidzianych w przepisach prawa. Korzystanie w szerszym zakresie wymaga uzyskania zgody uprawnionego.Ultrafast quantum optics with spectral resolution
| dc.abstract.en | Optical photons are exceptional, reliable carriers of information and yet also excellent, extremely sensitive probes of matter. The spectro-temporal degree of freedom (DoF) of a photon plays an important role in these properties. In the context of emerging quan tum technologies and partially that of fundamental phenomena, this thesis explores the spectral DoF of single-photon and single-photon level broadband light. The thesis is based on a series of publications concerned with a relatively wide range of problems in quantum and ultrafast optics. Photon-starved light in a temporal mode of an ultrashort pulse (spectrally broadband) is the ”common denominator” of these works. So is a unique measurement device developed and applied for the studies – a very fast single-photon-sensitive camera. Its creation and characterization enabled or greatly simplified many of the presented experiments. As a fairly universal scientific tool, it still holds great potential for further applications. The predominantly experimental work presented herein encompasses 5 studies. In the first one, we characterize hybrid entanglement between the transverse and spectral DoF for pairs of photons generated in a non-collinear type-I spontaneous paramet ric down-conversion process. The second study explores the two-photon interference with spectrally-resolved single-photon detection, as a method to dispersively probe light matter interactions. In the third experiment, we turn from single photons to weak coherent states (single-photon level) and demonstrate a variation of the electro-optic shearing interferometry, albeit based on the second-order intensity correlation measure ment and particularly suitable for ultrashort pulses in the near-infrared. The fourth study demonstrates an electro-optic single-photon-level-compatible ultrafast implemen tation of a coherent time-frequency transformation – Fractional Fourier Transform which is of interest itself as a generalization of the ordinary Fourier Transform and also constitutes an indispensable building block of the next experiment. In the final part, we turn to the frequency-domain quantum metrology and demonstrate a spec tral super-resolution method motivated by the recent rapid developments in quantum inspired far-field super-resolution imaging techniques. The presented method can be regarded as a frequency-domain implementation of the ideas of image-inversion inter ferometry. Compared with a spectral intensity measurement, it reduces the resources required to estimate a separation between two spectral features |
| dc.abstract.pl | Fotony w domenie optycznej stanowią wyjątkowe i niezawodne nośniki informacji, ale również doskonałe i niezwykle czułe sondy materii. Czasowo-spektralny stopień swo body (StSw) fotonu odgrywa w tych własnościach istotną rolę. W kontekście rozwija jących się technologii kwantowych oraz po części w kontekście zjawisk fundamental nych niniejsza praca stanowi eksplorację spektralnego StSw szerokopasmowego światła pojedyczno-fotonowego, oraz o natężeniu zbliżonym do pojedynczego fotonu. Niniejsza praca jest oparta na serii publikacji omawiających stosunkowo szeroki za kres problemów optyki kwantowej i ultraszybkiej. Ultrasłabe światło o modzie cza sowym ultrakrótkiego impulsu (spektralnie szerokopasmowe) jest ”wspólnym mianown ikiem” tych prac. Jak również jest nim unikalne narzędzie pomiarowe w nich użyte i dla nich stworzone – bardzo szybka kamera czuła na pojedyncze fotony. Jej opra cowanie i charakteryzacja umożliwiły lub znacznie uprościły wiele z przedstawionych eksperymentów. Jako dosyć uniwersalne narzędzie badawcze, kamera ciągle ma duży potencjał do dalszych zastosowań. Prezentowane tutaj, w znacznej części doświadczalne, badania obejmują 5 prac. W pierwszej z nich charakteryzujemy hybrydowe splątanie pomiędzy poprzecznym i spek tralnym StSw pary fotonów wygenerowanych w niekolinearnym procesie parametrycznego podziału częstości typu I. Druga praca stanowi eksplorację interferencji dwufotonowej z rozdzieloną-spektralnie detekcją pojedynczych fotonów, jako metody dyspersyjnego próbkowania oddziaływań światło-materia. W trzecim eksperymencie przechodzimy od pojedynczych fotonów do słabych stanów koherentnych (natężenie zbliżone do poje dynczego fotonu) i przedstawiamy wariant elektrooptycznej interferometrii ścinania, jed nakże opartej o pomiar korelacji natężeniowej drugiego rzędu i szczególnie dostosowanej do ultrakrótkich impulsów w bliskiej podczerwieni. Czwarta praca ukazuje kompaty bilną z natężeniem zbliżonym do pojedynczego fotonu, elektrooptyczną, ultraszybką implementację koherentnej czasowo-spektralnej transformacji – Cząstkowej Transfor maty Fouriera (CTF), która jest interesująca sama w sobie jako generalizacja zwykłej Transformaty Fouriera, oraz stanowi nieodzowny element składowy kolejnego ekspery mentu. W ostatniej części przechodzimy do metrologi kwantowej w dziedzinie częstości i demonstrujemy metodę nadrozdzielczości spektralnej umotywowaną intensywnym w ostatnim czasie rozwojem kwantowo-inspirowanych metod daleko-polowego obra zowania nadrozdzielczego. Prezentowaną metodę można uznać za implementację idei interferometrii inwersji obrazu. W porównaniu z pomiarem spektralnego natężenia re dukuje ona ilość wymaganych zasobów do estymacji separacji pomiędzy dwoma obiek tami spektralnymi. |
| dc.affiliation | Uniwersytet Warszawski |
| dc.affiliation.department | Wydział Fizyki |
| dc.contributor.author | Lipka, Michał |
| dc.date.accessioned | 2024-12-20T12:28:58Z |
| dc.date.available | 2024-12-20T12:28:58Z |
| dc.date.defence | 2024-01-08 |
| dc.date.issued | 2024-12-20 |
| dc.date.submitted | 2024-06-04 |
| dc.description.promoter | Parniak-Niedojadło, Michał |
| dc.description.reviewer | Gräfe, Markus |
| dc.description.reviewer | Kolenderski, Piotr |
| dc.description.reviewer | Smith, Brian John |
| dc.description.version | final_author |
| dc.identifier.orcid | 0000-0001-8500-3494 |
| dc.identifier.uri | https://repozytorium.uw.edu.pl//handle/item/160754 |
| dc.language | en |
| dc.language.other | pl |
| dc.rights | FairUse |
| dc.subject.en | quantum optics |
| dc.subject.en | super-resolution |
| dc.subject.en | ultrafast optics |
| dc.subject.en | single photon |
| dc.subject.en | single-photon camera |
| dc.subject.pl | optyka kwantowa |
| dc.subject.pl | nadrozdzielczość |
| dc.subject.pl | optyka ultraszybka |
| dc.subject.pl | pojedynczy foton |
| dc.subject.pl | kamera czuła na pojedyncze fotony |
| dc.title | Ultrafast quantum optics with spectral resolution |
| dc.title.alternative | Ultraszybka optyka kwantowa z rozdzielczością spektralną |
| dc.type | DoctoralThesis |
| dspace.entity.type | Publication |