Contagem de fótons únicos com CCD em experimentos de óptica quântica
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Franklin Massami Matinaga
Leonardo Teixeira Neves
Leonardo Teixeira Neves
Resumo
Nesta dissertação discutimos tópicos como a teoria dos detectores de fótons, mostrando seu funcionamento, características e tipos. Além disso, vemos também a teoria de detecção quântica, a maneira com que os fótons interagem com os átomos do detector, e como funciona o processo de contagens simples e em coincidência. Estudamos um pouco da teoria de conversão paramétrica descendente para a criação de uma fonte de fótons correlacionados e fonte de fótons únicos. Discutimos a teoria de imagens fantasmas e algumas demonstrações, uma vez que ilustram bem e de maneira sucinta diversas aplicações da câmera de contagens de fótons únicos. Apresento os resultados obtidos até agora com a câmera que dispomos em nosso laboratório. Detectamos os cones dos fótons gerados pela conversão paramétrica descendente do tipo I e tipo II. Registramos padrões de interferência, imagens de fendas múltiplas e máscaras iluminadas com poucos fótons. Utilizamos a CCD para contagens de fótons em um experimento onde a imagem de um objeto é obtida através de fótons que não interagiram com o objeto, mas que fazem parte de um dos feixes da conversão paramétrica descendente estimulada. Um dos grandes motivadores de trabalhar com a câmera é a realização de experimentos de óptica quântica onde são detectados padrões espaciais. Nesse aspecto a câmera apresenta uma robustez maior uma vez que nos permite observar todo o perfil transversal de um feixe simultaneamente, algo que seria possível apenas com um arranjo de detectores.
Abstract
In this work we discuss topics such as the theory of photon detectors, showing its operation mode, characteristics and types. In addition, we also study the quantum detection theory, how photons interact with the detector's atoms, and how the process of single and coincidences counting mode works. We look into the theory of parametric down conversion in order to create a correlated photon source and a single photon source. We also discuss about ghost imaging theory and experiments, since it shows us in a very clear way a direct appplication for a single photons camera. I present the results obtained so far with the camera we have in our laboratory. We detected the photon's cones generated by the parametric down conversion type I and type II. We recorded interference patterns, multiple slit images, and amplitude masks images with few photons. We used the CCD for photon counting in an experiment where an image of an object is obtained through photons that have not interacted with the object, but is part of one of the beams in the stimulated parametric down conversion. One of the great motivators of working with a camera is performing quantum optics experiments where spatial patterns are detected. In this aspect a camera has a greater robustness than single photon APD since it allows us to observe the whole transverse profile of a beam simultaneously, something that is possible only with a set of detectors APDs.
Assunto
Ótica quântica, Fotodetectores, Semicondutores, Fotons
Palavras-chave
Física