نام پژوهشگر: الناز آل ابراهیم دهکردی
الناز آل ابراهیم دهکردی فردین خیراندیش
نظریهی اولیهی اپتیک غیرخطی بر پایه میدانهای کلاسیک بنانهاده شد. بهاین معنا که ردهی وسیعی از فرایندهای غیرخطی توسط میدانهای کلاسیک قابل توصیف بودند. این درحالی است که اعمال فرایند کوانتش در حوزهی اپتیک غیرخطی خود منجر به بروز پدیدههای فیزیکی جالب توجهی میشود که مانستهی کلاسیک ندارند. ضمن آنکه توصیف برخی پدیدهها، از جمله نور تولید شده در فرایند تفکیک پارامتری بسامد تنها در چارچوب کوانتش دوم امکانپذیر است. ویژگی همبستگی و درهمتنیدگی کوانتومی نور تولید شده در فرایند غیرخطی مزبور اساس و پایهای برای آزمایشات متعدد در حوزهی اطلاعرسانی و ارتباطات کوانتومی است. علاوه بر دو مورد ذکر شده، یکی از مسائل اساسی که در حوزهی اپتیک کوانتومی مطرح میشود اثراتی است که فیبرهای نوری، شکافندههای پرتو، کاواکها و فیلترها بر ویژگیهای کوانتومی نور فرودی میگذارند. این قطعات در برپایی آزمایشات اپتیکی متعددی مورد استفاده قرار گرفته و بطور معمول از مواد دیالکتریک ساخته میشوند. بنابراین زمانی که به بررسی ویژگیهای کوانتومی میدان الکترومغناطیسی میپردازیم، لزوم وجود یک نظریه که بتواند میدان الکترومغناطیسی را در حضور مواد دیالکتریک کوانتیده کند به وضوح احساس میشود. تلاشهای زیادی در ارتباط با کوانتش میدان الکترومغناطیسی در حضور مواد دیالکتریک خطی صورت گرفته است. در سالهای اخیر به دلیل کاربردهای گوناگون، بررسیها در این زمینه به مواد دیالکتریک غیرخطی نیز در حال تعمیم و گسترش است. مواد دیالکتریک در حالت کلی پاشنده هستند، بنابراین در بررسی کوانتش میدان الکترومغناطیسی در مواد مزبور، حضور فرایندهای اتلافی در سامانه اجتناب ناپذیر بوده و منجر به کاهش کارایی آن میشوند. اثرات جذب غیرخطی در برخی سامانهها از جمله سالیتونهای کوانتومی درهمتنیده در فیبرهای نوری به عنوان عاملی مخرب محسوب شده و سبب سرکوب ویژگیهای غیرکلاسیک در سامانه میشوند. ضمن آنکه جذب غیرخطی در فرایند تفکیک پارامتری بسامد منجر به محدودیت در ویژگیهای کوانتومی فوتونهای تولید شده در این فرایند میشود. بنابراین لزوم وجود یک نظریهی کوانتومی اپتیک غیرخطی کارآمد که اثرات اتلافی را به شیوهای سازگار در برگیرد بیش از پیش آشکار میشود. بدلیل وجود قسمت موهومی برای ضریب شکست در مواد دیالکتریک پاشنده، بسط مدی متداول برای میدان تابشی در بازهای که جذب قابل چشمپوشی نیست با شکست مواجه میشود. در این نوشته پس از معرفی اپتیک غیرخطی کلاسیک، مسئلهی کوانتش میدان را به شیوهی پدیدهشناختی و بر اساس بسط تانسور گرین مطرح کرده و فرایندهای اتلافی را بهگونهای سازگار در فرمولبندی نظریه منظور میکنیم. این عمل از طریق اصل موضوع کردن جملهی نوفه لانژون در تعریف میدان قطبش و مغناطش و در تطابق با ملاحظات علیتی و قضیهی افتوخیز اتلاف صورت میگیرد. به مدد رهیافت مزبور شکل صریح عملگر قطبش نوفه را برای دو فرایند غیرخطی تولید هارمونیک دوم و سوم تعیین میکنیم. در ادامه به عنوان کاربردی دیگر هامیلتونی برهمکنش موثر را در فرایند تفکیک پارامتری بسامد برای تک اتم برهمکنشکننده با میدان در مجاورت یک برهی دیالکتریک تعیین و در نهایت با اعمال تصحیح میدان موضعی این فرایند را درون جسم بالک بررسی میکنیم. در انتها نیز با استفاده از هامیلتونی برهمکنش موثر در فرایند تفکیک پارامتری بسامد مسئلهی آهنگ شمارش همزمان فوتونهای تولیدشده در فرایند مزبور را محاسبه و عبارتهای حاصل را مورد تحلیل قرار میدهیم.