ВВЕДЕНИЕ

В названии работы фигурируют два термина - интерференция и двухфотонное поле - которые требуется пояснить отдельно. Понятие интерференции - одно из ключевых в курсе физики - давно вышло за рамки оптики и с успехом используется в других разделах физики, включая и квантовую механику. Исходя, тем не менее, из элементарных оптических представлений, принято считать, что для возникновения интерференции необходимо наложение (суперпозиция) двух (или более) пучков света, которые характеризуются ненулевой степенью когерентности [1] (принято различать взаимные (или кросс-корреляционные) корреляционные функции и автокорреляционные функции).

Когерентность служит мерой корреляции флуктуаций амплитуды и фазы поля в двух пространственно-временных точках. Экспериментально она определяется из видности интерференционной картины, которая возникает при наложении двух (или нескольких) полей. Различают пространственную и временную степени когерентности. Простейшими приборами, которые позволяют выявить эти два типа когерентности служат, например, интерферометры Юнга и Маха-Цандера, соответственно.

Существенный вклад в развитие теории частичной когерентности внесли Ф.Цернике [2], который ввел понятие "степени когерентности", и П. Ван-Циттерт, определивший совместное распределение вероятностей для световых возмущений в двух точках [3, 4]. Строгая теория когерентности была разработана Э.Вольфом [5], который ввел понятие корреляционных функций (КФ) . В 1963 году появилась известная работа Р.Глаубера, где он определил аналогичные квантово-механические КФ [6]. В том же году Е.Сударшан рассмотрел связь между классическими и квантовыми КФ [7].

Бифотонное (или двухфотонное) поле - это поле, рождающееся в процессе спонтанного параметрического рассеяния света (СПР) в средах без центра инверсии. Такое излучение обладает необычными, с классической точки зрения, корреляционными свойствами (В англоязычной литературе используется термин SPDC - spontaneous parametric down-conversion). Например, два идеальных фотодетектора, определенным образом расположенные за нелинейным кристаллом, будут выдавать синхронные во времени импульсы фототока. При этом каждый импульс одного детектора обязательно будет сопровождаться импульсом второго детектора. Это происходит потому, что в бифотонном поле флуктуации интенсивности (а именно интенсивность регистрируется квадратичными детекторами) в двух пространственных, частотных или поляризационных модах полностью коррелированны. Таким образом, четвертый момент такого поля сильно превышает соответствующий момент любого классического поля [12] (нормированный момент стремится к бесконечности при уменьшении интенсивности поля. Заметим, что иногда такое превышение не связано с "неклассичностью" поля [10, 11]. Вообще говоря, имеется ряд количественных критериев [12], по которым то или иное поле может быть причислено к разряду классических или неклассических). Как и в классической оптике, интерференция двухфотонного излучения возникает при наложении компонент поля, испущенных в различные моменты времени или из разных пространственных областей. Структуру бифотонного поля можно исследовать, анализируя соответствующие КФ - временные или пространственные. В первом случае речь идет о регистрации моментов поля при внесении временной задержки между накладывающимися компонентами - аналог временной когерентности. Во втором, анализируются пространственные распределения моментов поля - аналог пространственной когерентности. При исследовании моментов второго порядка по полю в эксперименте используется один детектор; при исследовании моментов четвертого порядка - два детектора, расположенных в разных пространственных точках. Иногда мы будем использовать понятия КФ интенсивности, соответственно, первого и второго порядков. Отметим удивительную особенность двухфотонной интерференции (ДИ). По своей природе излучение СПР является шумовым - его затравкой выступают вакуумные флуктуации электромагнитного поля. Казалось бы, что в такой ситуации, при наложении полей, ни о какой интерференции вообще речи идти не может! Однако, оказывается, что при определенных условиях интерференция спонтанного излучения проявляется, и роль компоненты поля СПР, которая отвечает за "двухфотонную когерентность" выступает как раз вакуумный шум в определенной моде (это лишь одна из возможных интерпретаций эффекта ДИ). Проявление нулевых флуктуаций электромагнитного вакуума дает возможность использовать СПР в абсолютной квантовой фотометрии [13] - при безэталонной калибровке фотоприемников [14, 15] и измерении яркости источников света [16, 17]. Несмотря на имеющиеся принципиальные отличия в описании бифотонного поля и обычных (классических) полей (см. главу II), в интерференционных экспериментах обнаруживается целый ряд общих черт. Как и в классическом случае, интерференция проявляется в виде подавления или усиления моментов поля на определенных частотах, поляризациях и в направлениях - при внесении соответствующих задержек. Т.е. для получения интерференционных эффектов компоненты бифотонного поля нужно задерживать друг относительно друга. При этом те оптические элементы, которые стоят на пути распространения излучения, действуют точно так же, как и для классических полей. Отличия проявляются лишь на количественном уровне. Например, видность интерференции в четвертом моменте для бифотонного поля может достигать 100%, в то время как для классического - в лучшем случае 50% [18, 19]. Отсутствие "фона" в интерференционных экспериментах с неклассическим полем вызвано полной корреляцией флуктуаций интенсивности поля, что не свойственно классическому описанию. Кроме того, пространственный период интерференционной картины в бифотонном поле может не совпадать с длиной волны интерферирующего излучения.

В чем же причина повышенного интереса к неклассическим полям? На наш взгляд первая из них заключается в стремлении все новых поколений физиков и философов разобраться во "внутренней логике" квантовой механики. При этом неудовлетворение, возникающее при изучении этого раздела физики со студенческих лет, выражается в постановке все новых (чаще, мысленных) экспериментов типа Эйнштейна-Подольского-Розена [20, 21], которые приводят к "парадоксам" и демонстрируют противоречия выводов квантовой механики с элементарным здравым смыслом [22, 23]. В то же время, фантастическое развитие экспериментальной техники за последние десятилетия дает возможность реализовывать самые сложные эксперименты, как, например, квантовая телепортация. Другая крайность проявляется при интерпретации подобных экспериментов. Полная видность, наблюдаемая в некоторых интерференционных экспериментах, дает основание считать квантовую механику нелокальной, когда, например, результат измерения в одной точке пространства нелокально, т.е. мгновенно, влияет на результат измерения в другой удаленной точке. Эту точку зрения в настоящее время, по- видимому, разделяет большинство, по крайней мере, западных физиков [24-28]. Подчеркнем, что здесь не идет речь о передаче информации со скоростью, превышающей скорость света [29, 30](хотя и такие взгляды широко культивируются. Круг людей, активно пропагандирующих такие идеи, в основном, ограничен философами, имеющими смутное представление о физике). Это лишь интерпретация - одна из возможных - определенного класса интерференционных экспериментов с неклассическими полями. Часто говорят, что попытка примирить локальный реализм, основанный на классических воззрениях, с квантовой теорией заканчивается победой последней. Тем самым, довольно непоследовательно, делается вывод о нелокальности квантовой механики. В то же время существуют и другие возможности для формального разрешения такого рода парадоксов, количественно выражающихся в определенных соотношениях (неравенства Белла [31, 32] или Клаузера-Хорна-Шимони-Хольта [33]). Это введение отрицательных вероятностей и/или отказ от априорного (т.е. до измерения) совместного распределения вероятностей некоммутирующих величин [34]. Выбор любой из трех причин - дело вкуса. Принадлежа к научной школе Д.Н.Клышко, мы будем придерживаться последней - отказу от совместных вероятностей. Подчеркнем, однако, что в данной работе мы сознательно уходим от всевозможных интерпретаций экспериментальных результатов, лишь обозначая те или иные из них. Делается это потому, что последовательное квантовое описание лишено каких бы то ни было парадоксов: используемые подходы прекрасно описывают все известные эксперименты, в том числе и те, которые рассматриваются в работе.

Вторая причина повышенного интереса к неклассическим полям - чисто прагматическая. Она связана с уникальными корреляционными свойствами бифотонов и вызвана попытками их использования в прикладных целях. Наиболее заманчивая из них - применение в теории квантовой информации [35-38]. Здесь, на наш взгляд, ситуация развивается довольно непоследовательным образом. С точки зрения возможностей использования в этой области, оптические поля являются крайне неудачным объектом из-за малых значений нелинейностей имеющихся веществ. Нелинейность обуславливает взаимодействие, которое принципиально необходимо при выполнении квантовых логических операций. Вместе с тем, именно в оптическом диапазоне с использованием бифотонных полей были достигнуты наиболее впечатляющие результаты в приготовлении перепутанных (entangled) двухфотонных состояний (см. главу V). Такие состояния создаются в результате когерентной суперпозиции (т.е. при участии интерференции) бифотонных полей и служат основой при реализации квантовых вычислений. Четыре известных к настоящему времени эксперимента по квантовой телепортации были выполнены именно на базе эффекта СПР (см. главу VI). Квантовая криптография [39] - еще один яркий пример применения свойств перепутанных состояний бифотонного поля [40- 43], хотя параллельно вводятся и другие протоколы, основанные на использовании однофотонных состояний [39, 44-46], получаемых, например, с некоторой вероятностью, при ослаблении лазерных импульсов (как заметил один из основателей экспериментальной квантовой криптографии Н.Жизэн, "entangled photons are sexy, laser pulses are practical").

Остается надеяться, что многочисленные усилия в этой области знаний рано или поздно приведут к прорыву или по крайней мере позволят использовать накопленный опыт в других разделах физики.

Целью диссертационной работы являлось исследование интерференционных явлений, возникающих в неклассическом поле - бифотонном излучении и развитие нового направления квантовой оптики - двухфотонной интерферометрии.

Согласно этой цели были поставлены следующие конкретные задачи.

I. Рассмотреть и практически реализовать всевозможные способы воздействия на частотно-угловую структуру моментов второго и четвертого порядка бифотонного поля.

II. На основе этих способов воздействия создать методы эффективного управления пространственно-временной структурой бифотонного поля.

III. Рассмотреть возможности использования эффекта двухфотонной интерференции в спектроскопии.

IV. Экспериментально исследовать предельный (классический) случай корреляции стоксовых и антистоксовых компонент при резонансном гипер-комбинационном рассеянии света, когда комбинационный сдвиг частоты стремится к нулю.

V. Исследовать классические аналоги эффекта двухфотонной интерференции при излучении светового поля из различных пространственных макроскопических областей.

Практическое значение этих исследований обусловлено растущими потребностями бурно развивающейся межотраслевой области знаний - квантовой информатики. Спектроскопические аспекты работы вряд ли серьезно претендуют на роль альтернативных методов, однако, возможно, окажутся полезными как дополняющие уже развитые, например, метод рассеяния на поляритонах. Методическая сторона работы представляет интерес, поскольку в ней рассматриваются, прежде всего, экспериментальные подходы к проблемам интерпретации квантовой механики.

Научная новизна и практическая значимость работы состоит в следующем.

1. Предложены и экспериментально проверены критерии наблюдения эффекта двухфотонной интерференции во втором и четвертом моментах поля. Реализованы все известные способы воздействия на частотно-угловой спектр бифотонного поля.

2. Впервые предложен и осуществлен синтез состояний Белла в самом общем случае:
- при импульсной (фемтосекундной) накачке,
- любом типе пространственного синхронизма (типа I или типа II),
- независимо от длины нелинейных кристаллов,
- без использования амплитудной и частотной пост-селекции,
- в невырожденном по частоте случае;

3. Впервые реализован протокол квантовой телепортации при полном измерении
всех состояний Белла.

4. Предложено использовать эффект двухфотонной интерференции в спектроскопии. Такой метод спектроскопии - как составная часть двухфотонной интерферометрии - основан на изменении фазовых и групповых задержек в исследуемом веществе, помещенного в нелинейный интерферометр. Экспериментально исследованы предельные случаи прозрачных и поглощающих центросимметричных веществ в диапазоне холостого излучения при спонтанном параметрическом рассеяния света.

5. Экспериментально исследован предельный (классический) случай корреляции стоксовых и антистоксовых компонент при резонансном гипер- комбинационном рассеянии света, когда комбинационный сдвиг частоты стремится к нулю.
5.1. Рассмотрена корреляция интенсивностей в разнонаправленных модах при упругом рассеянии света. Показано, что если радиус корреляции рассеивающей среды превышает или сравним с размерами рассеивающего объема, то по корреляционной функции интенсивности можно судить о флуктуациях диэлектрической проницаемости среды.
5.2. Для случая квази-упругого рассеяния на акустических фононах показано, что угловые корреляционные функции интенсивностей рассеянных полей содержат особенности, не проявляющиеся в угловом профиле интенсивности. Экспериментально исследованы все режимы рассеяния, когда длина когерентности звуковых волн меньше, сравнима и превышает характерный масштаб рассеивающего объема.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Критерием наблюдения двухфотонной интерференции является:
n наличие общих холостых (нерегистрируемых) мод для всех элементов рассеивающей среды - большие углы рассеяния и/или короткий кристалл (схема енга, т.е. поперечное, по отношению к волновому вектору накачки, расположение элементов рассеивающей среды; второй порядок по полю) n отсутствие общих холостых мод для всех элементов - малые углы рассеяния и/или длинный кристалл (схема Юнга; четвертый порядок по полю), n наличие общих холостых (нерегистрируемых) мод для всех элементов - малые углы рассеяния и/или длинный кристалл (схема Маха-Цандера, т.е. продольное расположение элементов рассеивающей среды; второй порядок по полю).

2. Критерием наблюдения интерференции второго порядка в случае сложного частотного спектра накачки является условие того, что разность времен пролета холостого фотона и фотона накачки через среду должна существенно превышать характерный временной масштаб спектра накачки,

3. Корелляционная функция четвертого порядка бифотонного поля определяется КФ второго порядка лазерной накачки,

4. Интерференция двухфотонных полей, испущенных из различных пространственных макроскопических областей, может быть использована для синтеза четырех состояний Белла.

5. Протокол квантовой телепортации неизвестного поляризационного состояния с измерением всех состояний Белла может быть реализован при использовании нелинейного процесса преобразования частоты вверх в четырех нелинейных кристаллах.

6. Изменение фазовых и групповых задержек сигнального и холостого поля в веществе, помещенном в нелинейный интерферометр, позволяет использовать двухфотонную интерференцию в спектроскопии - т.н. нелинейная спектроскопия линейных сред.

7. По корреляционной функции интенсивности можно судить о флуктуациях диэлектрической проницаемости среды, если радиус корреляции рассеивающей среды превышает или сравним с размерами рассеивающего объема.

8. Угловые корреляционные функции интенсивностей рассеянных полей содержат особенности, не проявляющиеся в угловом профиле интенсивности - для случая квази-упругого рассеяния на акустических фононах.

Диссертация состоит из шести глав, введения, заключения и списка литературы, содержащего 356 наименований.

Во Введении сформулирована постановка задачи работы и обосновывается актуальность выбранной темы.

Глава I. Корелляция электромагнитных полей в разнонаправленных модах

Первая глава, на первый взгляд, не имеет прямого отношения к теме работы и посвящена эффекту корреляции интенсивностей в разнонаправленных модах поля при упругом и квазиупругом рассеянии света. Дело в том, что на протяжении ряда лет ведется активный поиск альтернативных источников электромагнитных полей с неклассическими свойствами. Один из возможных процессов, приводящих к рождению таких полей, является процесс спонтанного гиперкомбинационного рассеяния света - частный случай спонтанного гиперпараметрического рассеяния (ГПР) в среде с кубичной восприимчивостью. В работах Д.Н.Клышко было показано, что в результате резонансного ГПР в некоторых направлениях стоксовы и антистоксовы моды рассеянного света сильно коррелированы, другими словами, антистоксовы фотоны всегда сопровождаются излучением стоксовых. Этот эффект интерпретируется как (спонтанный) распад одного фотона накачки на стоксов фотон и фонон (или поляритон) с последующим взаимодействием этого фонона и второго фотона накачки, сопровождающимся рождением антистоксова фотона. Время корреляции такого излучения определяется временем жизни фононов.

Были предприняты неоднократные попытки обнаружить этот эффект экспериментально, но пока все они закончились безрезультатно. Вместе с тем, оказалось, что в предельном случае при ГКР достигается классическая корреляция излучения в стоксовых и антистоксовых модах. Этот предельный случай реализуется при уменьшении частотного (комбинационного) сдвига рассеянных полей относительно частоты накачки. Направления излучения коррелированных мод рассеянного света связаны жесткими условиями, которые, по аналогии с нелинейной оптикой, называют условиями синхронизма. Качественно, такие классические корреляции обладают всеми атрибутами квантовых и в главе I рассматривается несколько экспериментов, в которых эти особенности проявляются наиболее сильно. В разделе I.1 рассматривается первый предельный случай эффета ГПР - корреляция интенсивностей в разнонаправденных модах при упругом рассеянии света на мелких частицах. При этом статистическая связь полей в модах и при 'возбуждении' рассеяния стоячей волной накачки вызвана общей фурье-компонентой флуктуаций диэлектрической проницаемости. Исследована зависимость корреляционной функции интенсивности от отношения объема когерентности к объему детектирования для разных размеров и концентраций рассеивающих частиц. В параграфах I.1.1 и I.1.2, соответственно, обсуждается феноменологическая модель эффекта и его экспериментальная реализация.

Второй предельный случай - невырожденное по частоте рассеяние - обсуждается в разделе I.2. В этом разделе по-сути рассматривается рассеяние на возбужденных акустических фононах с заданным типом (когерентным, гауссовским или промежуточным) статистики. При этом фактор вырождения фононов N << 1 и используется классический подход. Общая постановка задачи и идея эксперимента составляют содержание параграфа I.2.1, а экспериментальные результаты приводятся в параграфах I.2.2. В параграфах I.2.3.1 и I.2.3.2 обсуждаются некоторые интересные свойства полученного светового поля с тепловой статистикой - это высокая яркость излучения и угловые распределения моментов второго и четвертого порядков. В параграфе I.2.3.3 обсуждается эффект интерференции от двух независимых тепловых источников, который имеет много общего с явлением интерференции неклассических (бифотонных) полей, излученных из различных макроскопических областей.

Таким образом, первая глава является как бы мостиком, который перекинут между классическими корреляционными оптическими эффектами и чисто квантовыми, рассмотренными в следующих главах.

Глава II. Амплитуда бифотона (по литературе)

Глава посвящена понятию амплитуды бифотонного поля или форме бифотонного волнового пакета. Эта величина является чрезвычайно удобной при рассмотрении интерференционных (или дифракционных) явлений с участием бифотонов. Сам термин "амплитуда" наводит на мысль, что для получения вероятности некоего события (например, совместной регистрации двух фотонов) нужно найти квадрат модуля этой величины. Именно эти соображения учитываются, прежде всего, при введении этого термина. С другой стороны, при описании интерференции бифотонных полей следует сначала складывать амплитуды разных компонент поля, а затем находить вероятность возведением в квадрат модуля получившейся суперпозиции. При наличии определенных фазовых соотношений между такими компонентами, в результате последней операции возникают интерференционные члены, как и при классическом описании этого явления. Вместе с тем, амплитуда бифотонов сильно отличается от понятия обычной амплитуды волнового пакета. Она относится к системе двух полей, коррелированных в пространстве, времени и по поляризации и не сводится к амплитудам двух волновых пакетов.
В данной главе на основе литературных данных приводится краткая сводка основных операциональных понятий, необходимых для описания экспериментов, таких как спектр бифотонного поля, вероятность совпадений фотоотсчетов, вероятность регистрации одиночных фотонов. Приводится общее выражение для амплитуды бифотона, на основе которого построена классификация экспериментов, рассматривающихся в работе.

Глава III. Влияние на двухфотонную интерференцию через форму рассеивающего объема

Здесь приводятся результаты по двухфотонной интерференции (дифракции), когда излучение происходит из различных макроскопических пространственных областей. Ето могут быть либо разные удаленные друг от друга нелинейные кристаллы, либо один кристалл, на который падает волна накачки, обладающая сложным пространственным (к-)спектром. В общем случае рассмотрены критерии, выполнение которых приводит к возникновению интерференции второго (раздел III.1, параграфы III.1.2, и раздел III.2, параграфы III.2.1, III.2.1.1) или четвертого (раздел III.1, параграф III.1.1.1) по полю порядков. На примере двух типичных схем, имеющих простые классические аналоги Ц т.н.нелинейных интерферометров Юнга (раздел III.1) и Маха-Цандера (раздел III.2) - разбираются экспериментальные результаты, в которых введенные критерии полностью подтверждаются.

Глава IV. Влияние на двухфотонную интерференцию через спектр накачки

Когда СПР возбуждается заданной монохроматической накачкой, считается, что пара коррелированных фотонов может появиться внутри кристалла равновероятно в любой момент времени. К эффектам двухфотонной интерференции (ДИ), как второго, так и четвертого порядка приводит когерентное (т.е. с фиксированной фазой) наложение амплитуд бифотонного поля, излученных, например, из различных макроскопических пространственных областей. Требование когерентности накачки необходимо для обеспечения постоянных фазовых сдвигов, возникающих между бифотонными амплитудами в разных пространственно-временных точках. Конечные радиусы продольной и поперечной когерентности излучения накачки приводят к исчезновению интерференции при фазовых сдвигах между амплитудами бифотонов, превышающих соответствующие радиусы. Особенности СПР в поле импульсной накачки обсуждаются в разделе IV.1. Здесь также вводятся критерии, похожие на используемые в пространственном случае, и разбираются эксперименты, направленные на их проверку. Это эксперименты по интерференции второго по полю порядка при спонтанном параметрическом рассеянии, рожденного от двух коротких (около 100 фсек) импульсов накачки (раздел IV.2) В этом разделе используется спктральный подход при описании ДИ. Соответствующий эксперимент обсуждается в параграфе IV.2.1. Другим примером служит наблюдение интерференции четвертого порядка, когда накачкой является непрерывный многомодовый лазер. Временная корреляционная функция такого лазера представляется периодической последовательностью пиков, уменьшающихся по амплитуде. Такая же корреляционная функция при определенных условиях должна проявляться и в бифотонном поле, что является предметом обсуждения в разделе IV.3. Например, можно пропустить его через интерферометр Майкельсона и задержать компоненты поля, распространяющихся через разные плечи. Тогда в совпадениях фотоотсчетов, регистрируемых в схеме Брауна-Твисса, будет наблюдаться 100%-ая периодическая модуляция, когда задержка в одном из плеч близка к периоду корреляционной функции лазера. При этом "время когерентности" самого бифотонного поля оказывается превышенным в десятки тысячи раз! Эксперимент обсуждается в параграфе IV.3.1 В следующем разделе IV.4 рассмотрен эксперимент по "отложенной компенсации" (параграфы IV.4.1, IV.4.3) в поле импульсной накачки. В нем разрушается сложившееся представление о необходимости перекрытия волновых пакетов на светоделителе для наблюдения интерференции в схеме антикорреляции Манделя. Задержка между сигнальным и холостым фотонами, вносимая до светоделителя, компенсируется после перемешивания сигнальной и холостой мод в выходных модах светоделителя. При расчетах этого эффекта используется временное представление (параграф IV.4.2).

Глава V. Влияние на бифотонное поле в процессе распространения. Комбинация различных факторов

В этой главе рассмотрено влияние на структуру бифотонных полей в процессе их распространения. При этом в оптический тракт помещаются различные устройства, преобразующие свойства бифотонного излучения. Здесь имеются в виду всевозможные светоделители, линзы, фазовые пластины, поляризационные призмы, интерферометры, резонаторы, дифракционные решетки и проч. В литературе известно очень много примеров такого рода воздействия на структуру бифотонов. В работе рассматриваются лишь несколько наиболее наглядных. В одном случае в одну из двух мод двухфотононого излучения помещается оптический резонатор; такой резонатор осуществляет дискретную задержку холостых фотонов относительно сигнальных, т.е. влияет на спектр бифотонного поля. Этот случай обсуждается в разделе V.1. В другом случае (раздел V.2) - бифотоны проходят через дифракционную решетку и наблюдается либо двухфотонная дифракция, либо двухфотонное изображение решетки, в зависимости от условий эксперимента. Эксперименты такого рода крайне удобно анализировать исходя из концепции опережающих волн, предлженной Д.Н.Клышко. Эта модель кратко рассматривается в параграфе V.2.1.

В следующих разделах этой главы разбираются и комбинированные методы, которые позволяют, например, синтезировать состояния Белла (раздел V.3). Рассматривается самый общий случай - импульсная накачка и произвольный тип пространственного синхронизма (параграфы V.3.3 и V.3.4). Эта ситуация легко обобщается на случай непрерывной накачки. Экспериментально реализованы все эти случаи и приводится анализ результатов. В последнем разделе V.5 этой главы предлагается удобная система классификации экспериментов по ДИ в зависимости от таких параметров как вид задержки (между частями бифотона или между целыми бифотонами), тип синхронизма (I или II), режим генерации лазера накачки (импульсный или непренывный).

Глава VI. Некоторые примеры использования двухфотонной интерференции

Здесь рассматриваются конкретные примеры использования бифотонной интерференции и, следовательно, тех возможностей, которые предоставляют рассмотренные способы формирования заданной структуры бифотонного поля. Так, невырожденные по частоте состояния Белла, синтезированные в поле импульсной накачки, используются при экспериментальной реализации протокола квантовой телепортации (раздел VI.2, параграф VI.2.3). При этом выполняется полный анализ всех четырех состояний Белла (параграф VI.2.3), что до сих пор ни в одном из трех известных экспериментов не проводилось. Анализ других экспериментов по квантоваой телепортации приводится в параграфе VI.2.2. Другим примером служит схема т.н. "квантового стирателя", предложенная Скалли и Дрелем (раздел VI.1). Здесь в чистом виде наблюдается интерференция бифотонного поля четвертого порядка, которая интерпретируется с "парадоксальной" точки зрения. Эксперименты обсуждается в параграфе VI.1.1. И, наконец, - использование двухфотонной интерференции в спектроскопии. В разделе VI.3. рассматриваются первые шаги в попытке расширить класс веществ, доступных в спектроскопии СПР и рассеяния на поляритонах. Оказывается, что благодаря двухфотонной интерференции, распределение интенсивности СПР "чувствует" фазовые и групповые задержки, возникающие в среде, помещенной между двумя (или более) нелинейными кристаллами. Характер интерференционной картины принципиально зависит от оптических свойств промежуточной среды. При этом такая среда может быть линейной. Два характерных случая прозрачных и поглощающих на холостых частотах веществ обсуждаются в параграфах VI.3.1.1 и VI.3.2.1.

В Заключении кратко рассмотрены перспективы и направления дальнейших исследований. Здесь основное внимание будет, по всей видимости, сконцентрировано на спектроскопии двухфотонной и синтезе новых поляризационных состояний неклассического света. Такие состояния могут рассматриваться в контексте возможных приложений в квантовой криптографии и теории квантовой информации. Первые эксперименты в этой области уже были успешно выполнены.

Основное содержание диссертации опубликовано в 31 статьях. Результаты работы были представлены на Международной конференции по нелинейной оптике (Ст.Петербург 1995, Москва 1998, Минск 2001), на 6-ом Международном симпозиуме по лазерной физике (Прага 1997), на Московских семинарах по квантовой оптике (Москва 2000, 2001), на семинаре кафедры Теоретической физики (МИФИ 2001), на семинаре 'Физика многофотонных процессов' (ИОФ РАН 2000), на XXII съезде по спектроскопии (2001 Звенигород), на Международных конференциях по Рамановской спектроскопии (1996 Питтсбург; 1998 Кейптаун), на Международных конференциях по квантовой электронике и лазерной оптике (IQEC 94, 96 Анахайм; EQEC 94 Амстердам; EQEC 96 Гамбург; CLEO/Pacific Rim 1997 Чиба, 1999 Сеул; CLEO/QELS 99 и 2001 Балтимор; EQEC 2000 Ница; QELS 2000 Сан-Франциско), на Eжегодном семинаре американского физического общества (2000 Провидэнс), на 5-ой Международной конференции по квантовым вычислениям и измерениям (2000 Капри), на 3-й Международной конференции по квантовой интерферометрии (Рим 1999) и др.

BACK