Generace a detekce provázaných fotonových párů

Abstract

In recent years, the use of entangled photons in quantum spectroscopy has gained attention, offering new possibilities for studying materials. In this work, we present an entangled photon source developed for future applications in ultrafast quantum spec- troscopy, particularly in biological research. Entangled photons at visible wavelengths are generated using pulsed type-I spontaneous parametric down-conversion (SPDC) in a Beta-Barium Borate (BBO) crystal, pumped by a 1030 nm laser after third and fourth harmonic generation. Photon detection was performed with an intensified sCMOS cam- era, enabling observation and study of spatial and, after integration of a custom-built spectrograph, spatio-energetic correlations between photon pairs. We optimized detec- tion, imaging, and data processing methods. We believe that our results, combined with the improvements we propose, form a solid foundation for integrating entangled photon pairs into time-resolved optical spectroscopy.

V posledních letech si získalo pozornost používání provázaných fotonů v kvantové spektroskopii, a to díky novým možnostem studia materiálů. V této práci představujeme zdroj provázaných fotonů, vyvinutý pro budoucí využití v ultrarychlé kvantové spek- troskopii, zejména v biologickém výzkumu. Provázané fotony ve viditelném spektru jsou generovány pomocí pulzní spontánní parametrické sestupné konverze typu I (SPDC) v krystalu beta-boritanu barnatého (BBO), buzeného laserem o vlnové délce 1030 nm po třetí a čtvrté harmonické generaci. Detekce probíhala pomocí zesílené sCMOS kamery, což nám umožnilo pozorovat a studovat prostorové a - po zakomponování námi postaveného spektrografu - i prostorově-energetické korelace mezi fotonovými páry. Optimalizovali jsme metody detekce, zobrazování a zpracování dat. Věříme, že naše výsledky spolu s na- vrhovanými vylepšeními tvoří pevný základ pro začlenění provázaných fotonových párů do časově rozlišené optické spektroskopie.