Оптика, наука о свете, является одной из старейших областей физики и не перестает удивлять исследователей. Хотя классическое описание света как волнового явления редко подвергается сомнению, физическое происхождение некоторых оптических эффектов подвергается сомнению. Группа исследователей из Университета Тампере перенесла обсуждение одного фундаментального волнового эффекта, дебаты вокруг аномального поведения сфокусированных световых волн, в квантовую область.
Исследователи смогли показать, что квантовые волны ведут себя значительно иначе, чем их классические аналоги, и могут использоваться для повышения точности измерения расстояния. Их выводы также дополняют дискуссию о физическом происхождении аномального поведения фокусировки. Результаты теперь опубликованы в Nature Photonics.
«Интересно, что мы начали с идеи, основанной на наших более ранних результатах, и решили структурировать квантовый свет для повышения точности измерений. Однако затем мы поняли, что физика, лежащая в основе этого приложения, также способствует длительным спорам о происхождении фазы Гуи. аномалия сфокусированных световых полей», — объясняет Роберт Фиклер, руководитель группы экспериментальной квантовой оптики в Университете Тампере.
Квантовые волны ведут себя по-разному, но указывают на одно и то же происхождение
За последние десятилетия методы структурирования световых полей на уровне отдельных фотонов значительно усовершенствовались и привели к множеству новых открытий. Кроме того, была достигнута лучшая основа оптики. Однако физическое происхождение того, почему свет ведет себя таким неожиданным образом при прохождении через фокус, так называемая фазовая аномалия Гуи, до сих пор часто обсуждается. И это несмотря на его широкое использование и важность в оптических системах. Новизна текущего исследования заключается в том, чтобы перенести эффект в квантовую область.
«Разрабатывая теорию для описания наших экспериментальных результатов, мы поняли (после долгих дебатов), что фаза Гуи для квантового света не только отличается от стандартной, но и ее происхождение может быть связано с другим квантовым эффектом. то, что предполагалось в более ранней работе», — добавляет докторант Маркус Хиеккамяки, ведущий автор исследования.
В квантовой области аномальное поведение ускоряется по сравнению с классическим светом. Поскольку поведение фазы Гуи можно использовать для определения расстояния, на которое распространился луч света, ускорение квантовой фазы Гуи может позволить повысить точность измерения расстояний.
Имея это новое понимание, исследователи планируют разработать новые методы для улучшения своих измерительных возможностей, чтобы можно было измерять более сложные пучки структурированных фотонов. Команда ожидает, что это поможет им продвинуть применение наблюдаемого эффекта и потенциально выявить больше различий между квантовыми и классическими световыми полями.
