Zwei-Photonen-Interferenz

Für das Verständnis dieses Versuchs wird dringend empfohlen, dass die Teilnehmer bereits die vollständige Theorievorlesung zur Quantenmechanik gehört haben. Die Vorbereitung auf das Thema und somit die Durchführung des Versuchs sind ohne die Grundlagen dieser Vorlesung praktisch unmöglich!

• Versuchsbeginn: 9:00 Uhr
• Versuchsstandort: S2|07 Raum 210
• Betreuer: Marcel Hain

Übersicht

Die Beobachtung von Interferenz wird als Beweis für den Wellencharakter der verwendeten Strahlung angesehen. Sie führte 1665 zur ersten Beschreibung von Licht als Welle. 240 Jahre später widerspach Albert Einstein mit seiner Erklärung des äußeren photoelektrischen Effekts mittels Photonen allerdings der Wellenbeschreibung von Licht. Erst die Quantenmechanik lieferte eine konsistente Beschreibung von Interferenz auch bei Experimenten, die mit Teilchen durchgeführt werden.

Der Hong-Ou-Mandel Effekt ist ein solcher Interferenzeffekt zweier Photonen. Durch den nichtlinearen Effekt der spontanen parametrischen Fluoreszenz (engl. spontaneous parametric downconversion, SPDC) lassen sich verschränkte Photonenpaare erzeugen. Treffen diese Photonen auf die Eingänge eines 50:50 Strahlteilers, so beobachtet man unter bestimmten Voraussetzungen nur zwei von vier klassisch erwarteten Ergebnisse des Experiments.

In diesem Versuch wird mit einer verschränkten Photonenquelle und einer Strahlteilerfaser ein Hong-Ou-Mandel Interferometer aufgebaut. Aus der beobachteten Interferenz sollen die Unterscheidbarkeit der Photonen und die Kohärenzlänge bestimmt werden. Außerdem wird der optische Wegunterschied einer Wellenplatte bestimmt und die Verschränkung von Photonenpaaren nachgewiesen.

Literatur

• Versuchsanleitung
• D. Meschede: „Optik, Licht und Laser”, Vieweg + Teubner, 2008
• M. Young: „Optik, Laser, Wellenleiter”, Springer, 1997
• W. Demtröder: „Experimentalphysik 2, Elektrizität und Optik”, Springer, 2009
• L. E. Ballentine: „Quantum Mechanics, A Modern Development”, World Scientific, 1998
• F. Schwabl: „Advanced Quantum Mechanics”, Springer (2000)
• C. Gerry und P. Knight: „Introductory Quantum Optics”, Cambridge University Press, 2005