Quantum imaging and polarimetry with two-color photon pairs

Verschränkte Photonenpaare, gemeinhin als Signal- und Idler-Photonen bezeichnet, wurden als Grundlage für Quantum imaging with undetected photons (QIUP) und Quantum ghost imaging (QGI) verwendet. Mit QIUP können wir ein Objekt abbilden, indem wir nur die Signal-Photonen messen, die nie mit dem Objekt wechselwirken, während die Idler-Photonen, die das Objekt beleuchten, undetektiert bleiben. Bei QGI werden die beleuchtenden Idler-Photonen von einem räumlich nicht auflösenden Detektor gemessen, während die nicht wechselwirkenden Signal-Photonen von einer Kamera gemessen werden und das Bild dann nur aus den Koinzidenzen von Signal und Idler rekonstruiert wird. Nennenswert ist hier die Verwendung von zweifarbigen Photonenpaaren, welche es uns ermöglichen, Komplikationen bei der Bildgebung in Wellenlängenbereichen zu überwinden, in denen Kameras nur eine geringe Effizienz aufweisen. Daraus ergibt sich ein enormes Potenzial für die Biosensorik, bei der empfindliche Proben, die für Strahlungsschäden anfällig sind, mit herkömmlichen Einzelphotonen-Kameras abgebildet werden können, wie zum Beispiel im sichtbaren Spektralbereich, während die Probe von Photonen mit viel geringerer Energie beleuchtet wird. In dieser Arbeit wurden drei Lücken in der Literatur zur Quantenbildgebung und Polarimetrie geschlossen: (1) Die fundamentale transversale Auflösungsgrenze von QIUP und QGI, die zweifarbige Photonenpaare verwenden, wurde diskutiert. (2) Ein linsenloses QGI-Verfahren wurde vorgestellt, das sich speziell für die Abbildung in Wellenlängenbereichen eignet, für die weniger Linsen zur Verfügung stehen, wie zum Beispiel im Terahertz-Bereich. Wir haben es Pinhole QGI genannt, da wir gezeigt haben, dass es analog zur klassischen Lochkamera ist. (3) Ein Quantum ghost polarimetry (QGP) Schema wurde vorgeschlagen, bei dem dielektrische Metaoberflächen verwendet werden können, um den Einsatz rekonfigurierbarer optischer Elemente zu vermeiden.