Polarization interferometry

Light source Photon rate Hz \(\theta\) ° \(\delta\) \(\lambda\) \(\alpha\) °

L'applet ci-dessus simule un interféromètre en polarisation. Les deux polarisations composant le faisceau incident sont séparées à l'aide d'un premier cube séparateur de polarisation puis recombinées à l'aide d'un second cube séparateur de polarisation. A l'aide de la bare d'outils, vous pouvez

Choisir le type de source (soit un laser, soit un laser fortement atténué, soit une véritable source de photons uniques),
Ajuster le taux de photons émis par la source,
Ajuster l'angle \(\theta\) de la direction de polarisation (supposée linéaire) de la source,
Ajuster la différence de marche \(\delta\) entre les deux bras de l'interféromètre,
Ajuster l'angle \(\alpha\) du prisme de Rochon, permettant de choisir les deux polarisations orthogonales mesurées par les deux photo-détecteurs.

Vous pouvez également modifier la position du point d'observation à l'aide de la souris (clic gauche, molette, ou shift + clic gauche).

Cette applet combine l'interféromètre de Mach-Zehnder et la mesure de polarisation disponibles par ailleurs sur ce site. Elle illustre le fait que l'état de polarisation d'un photon unique peut être décrit comme la superposition linéaire entre un état de polarisation verticale \(|\updownarrow\rangle\) et un état de polarisation horizontale \(|\leftrightarrow\rangle\), correspondant respectivement aux deux bras de l'interféromètre, la phase relative \(k\delta\) entre ces deux termes étant contrôlée par la différence de marche \(\delta\) entre les deux bras de l'interféromètre. Cela correspond à une structure d'espace vectoriel complexe de dimension 2. A une phase globale près, l'état de polarisation du photon en sortie de l'interféromètre s'écrit ainsi \[|\psi\rangle = \cos\theta \ |\updownarrow\rangle + e^{ik\delta} \sin\theta \ |\leftrightarrow\rangle\]

The above applet simulates a polarization interferometer. The two polarization components of the incoming beam are separated in two arms using a first Polarizing Beam Splitter (PBS) and then recombined using a second PBS. Using the toolbar, you can

Choose the light source (either a laser, a strongly-attenuated laser, or a genuine single-photon source),
Adjust the rate of photons emitted by the source,
Adjust the angle \(\theta\) of the linear polarization of the incoming beam,
Adjust the difference \(\delta\) between the optical paths in the two arms of the interferometer,
Adjust the angle \(\alpha\) of the Rochon prism, allowing you to choose the two orthogonal polarizations measured by the two photodetectors.

You can also change the position of the observation point of the setup shown on the left using the mouse (left-click, scroll, or shift + left-click).

This applet combines the Mach-Zehnder interferometer and polarization-measurement applet also available on Quantum Physics Online. It illustrates the fact that the polarization state of a single photon can be described as the linear superposition of a vertically-polarized state, \(|\updownarrow\rangle\), and an horizontally-polarized state, \(|\leftrightarrow\rangle\), corresponding respectively to the two arms of the interferometer. The relative phase \(k\delta\) between these two terms can be controlled by the path difference \(\delta\) between the two arms of the interferomter. This corresponds to a two-dimensional complex Hilbert space. Within a global phase factor, the polarization state at the output of the interferometer can thus be written as \[|\psi\rangle = \cos\theta \ |\updownarrow\rangle + e^{ik\delta} \sin\theta \ |\leftrightarrow\rangle\]