Métodos simples de caracterización de cristales no lineales para Conversión Paramétrica Espontánea Descendente

• Autores: Martínez, E. A.; Rebón, Lorena; Luna, Ana Eugenia; Ledesma, Silvia Adriana
• Año de publicación: 2010
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: artículo
• Fuente: An. (Asoc. Fís. Argent., En línea) 2010;01(22):56-62
• Materia: CRISTALES NO LINEALES; CONVERSION PARAMETRICA ESPONTANEA DESCENDENTE; NON-LINEAR CRYSTALS; SPONTANEOUS PARAMETRIC DOWN CONVERSION
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Actualmente, numerosos experimentos de Óptica Cuántica utilizan cristales no lineales (LiIO3, BBO, etc.) como fuente de fotones entrelazados, aprovechando el fenómeno de Conversión Paramétrica Espontánea Descendente (SPDC). Para ello se incide sobre el cristal con un láser de bombeo y se obtienen a la salida pares de fotones de menor energía, que dependiendo del corte del cristal, forman dos conos coaxiales, en el caso de cristales de tipo I, o dos conos desplazados, para cristales de tipo II. El ángulo de salida de estos pares de fotones, para cada longitud de onda, depende del ángulo de incidencia del haz de bombeo, respecto de la dirección del eje óptico del cristal. Conocer esta dependencia es crucial para ubicar correctamente los detectores de fotones necesarios en cualquier experimento. En este trabajo se implementaron dos métodos distintos de caracterización de cristales no lineales para ser utilizados para SPDC. A modo de ejemplo se presentan los resultados de la caracterización dedos cristales tipo I con espesores bien diferentes: un cristal LiIO3 de 10 mm de espesor y un BBO de 2 mm de espesor. Para el primero, se midió la distribución angular de los fotones convertidos en función de su longitud de onda y del ángulo de incidencia del haz de bombeo mediante la medición directa de los conos. Los resultados experimentales coinciden con los predichos por un software desarrollado para tal fin (NIST Phasematch) con discrepancias menores al 10%. Para el cristal de menor espesor la intensidad de los conos disminuye apreciablemente, por lo que el método se vuelve impreciso y es necesario implementar un método alternativo. Se utilizó en este caso un segundo método de caracterización, basado en interferometría cromática de polarización, que nos permitió determinar la dirección del eje óptico con una precisión del 0.5% y el espesor del cristal con una precisión del 1% y, en forma indirecta, la distribución angular de los fotones convertidos. Los valores medidos están en muy buen acuerdo con los proporcionados por el fabricante.
Nowadays many quantum optics experiments use non-linear crystals (LiIO3, BBO, etc.) as sources of entangled photons by means of the Spontaneous Parametric Down Conversion (SPDC) process. To carry out this kind of experiments, a pump laser impingeson the crystal to produce pairs of photon swith lower energy. Depending on the crystal cut, they can generate two coaxial cones in case type-I crystals are used or they can generate two displaced cones in case type-II crystals are used. The exit angle of these pairs of photons depends on the incidence angle of the pump beam measured from the optical axis of the crystal and varies with the wavelength used. To know this dependence is crucial to properly locate the photon detectors required in any experiment.In this work we have implemented two different methods to characterizen on-linear crystals to be used for SPDC. We present the experimental results obtained from the characterization of two type-I crystals with very different thicknesses: a10 mm thick LiIO3 crystal and a 2 mm thick BBO crystal. For the firstone, we have measured the angular distribution of converted photons in terms of its wavelength and the incidence angle of the pump beam by direct measurement of the cones. The experimental results agree with those predicted by a software which was developed for this purpose (NIST Phasematch) with discrepancies lower than 10%. For thin crystals, the intensity of the cones decreases significantly and so the method becomes inaccurate and an alternative method is needed. We used a second method of characterization based upon chromatic polarization interferometry which allowed us to determine the direction of optical axis with an accuracy of 0.5% and the thickness of the crystal with an accuracy of 1%. Using this method, we could indirectly determine the angular distribution of converted photons.The measured values are in very good agreement with those provided by the manufacturer.
Fil: Martínez, E. A.. Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA). Buenos Aires. Argentina
Fil: Rebón, Lorena. Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA). Buenos Aires. Argentina
Fil: Luna, Ana Eugenia. Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA). Buenos Aires. Argentina
Fil: Ledesma, Silvia Adriana. Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA). Buenos Aires. Argentina