Схема экспериментальной установки. Полуволновая пластина HWP, четвертьволновая пластина QWP, дихроичный HWP DHWP 1560 нм/780 нм, поляризационный светоделитель PBS, дихроичный PBS DPBS, зеркало M с серебряным покрытием, трансляционный столик T, пьезоэлектрический преобразователь PZT, дихроичное зеркало DM, BPF 390 Полосовой фильтр –10 нм, периодически поляризованный кристалл ниобата лития PPLN, кристалл β-бората бария BBO, маленькое отверстие S, поляризатор P, инфракрасный измеритель оптической мощности IR OPM, измеритель видимой оптической мощности VIS OPM, линза L, линзы L1 и L3 используются для фокусировки, а L2 и L4 — для коллимации, а фокусные расстояния L1–L4 составляют 200 мм, 200 мм, 50 мм и 100 мм соответственно. Авторы и права: Свет: наука и приложения (2022 г.). DOI: 10.1038/s41377-022-01003-3

В современной физике изменение фазы является важным параметром для измерения физической величины при интерференции. Для повышения точности измерения многообещающим путем является усиление относительной фазы. Ранее исследователи в области квантовой оптики, как правило, использовали многофотонное число и состояние запутанности пути. К сожалению, этот подход сталкивается с трудностями при подготовке и измерении. Необходимы новые принципы усиления оптической фазы.

В своем предыдущем исследовании оптических помех, основанном на нелинейных эффектах, исследователи обнаружили, что относительная фаза между наложенными модами орбитального углового момента будет удваиваться. Вдохновленные этим открытием, они выдвинули гипотезу и подтвердили, что в нелинейных процессах фаза может также удваиваться на основе других степеней свободы, и что каскадирование может помочь реализовать это удвоение.

В процессе трехволнового смешения аннигилирование двух фотонов на основной длине волны создает фотон на длине волны второй гармоники. Информация о фазе, которую несут два фотона , может быть когерентно передана созданному фотону, так что фаза будет усилена. В принципе, фазу можно увеличить до любых целых времен за счет рециркуляции и каскадирования процесса.

Они также показали, что принцип не зависит от длины волны, что заложило основу для многократного усиления фазы за счет повторного использования.

Благодаря каскадированию и повторному использованию исследователи смогли еще больше увеличить фазовое усиление с помощью более мощного лазера, и в будущем этот принцип будет применяться для оптических прецизионных измерений.