Advances in the Spectral and Statistical Characterization of Quantum States of Light

Einzelne Photonen bilden die Grundlage der Quantenoptik und stellen Bausteine für spannende Anwendungsmöglichkeiten dar, wie der Quantenkommunikation oder der Simulation quantenmechanischer Prozesse. In diesem Zusammenhang hat die Entwicklung von Einzelphotonenquellen in den letzten Jahren große Bedeutung gewonnen, etwa mittels parametrischer Fluoreszenz. Als Umkehrprozess der zweiten Harmonischen durch nichtlineare Wechselwirkung werden stets Photonenpaare erzeugt. Die Eleganz liegt in der Möglichkeit, durch Nachweis eines Photons die Präsenz des weiteren, einzelnen Photons zu garantieren. Oft sind Photonenquellen dieser Art allerdings nur bedingt geeignet, reine Fockzustände zu erzeugen. Aus diesem Grund ist eine leistungsfähige und verlustarme Charakterisierung von optischen Zuständen essentiell für die Beurteilung einer Quelle. In dieser Arbeit werden experimentelle Methoden vorgestellt, gepulste Quellen anhand ihrer Photonenstatistik und spektralen Verteilungsfunktion zu analysieren. Mithilfe von Lichtwellenleiternetzwerken können die Photonen eines Pulses aufgeteilt und separat mit konventionellen Einzelphotondetektoren registriert werden. Dispersion in Lichtwellenleitern kann genutzt werden, die Wellenfunktion eines Photons gezielt zerfließen zu lassen, so dass die spektrale Zusammensetzung durch einfache Zeitmessung zugänglich wird. Ähnlich kann die spektrale Abhängigkeit zwischen Photonen durch Korrelationsmessungen bestimmt werden. Ein Experiment mit gezielt präparierten kohärent-stimulierenden Eingansmoden ermöglicht darüber hinaus eine amplitudensensitive Messung der parametrischen Fluoreszenz mit deutlich erhöhter spektraler Auflösung