MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798346877486
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31638996
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a535
■1001  ▼aTsao,  Eugene  J.
■24510▼aFundamental  Limits  of  Optical  Frequency  Comb  Interferometry  and  Spectroscopy  With  Coherent,  Thermal,  and  Quantum  Light
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Colorado  at  Boulder▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a203  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-06,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Diddams,  Scott  A.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Colorado  at  Boulder,  2024.
■520    ▼aThe  measurement  and  manipulation  of  coherent  optical  fields  have  been  transformed  by  the  optical  frequency  comb.  Today,  the  optical  frequency  comb  grants  measurements  precise  enough  to  count  individual  cycles  of  light  as  well  as  the  generation  of  nearly  any  coherent  electromagnetic  field  from  the  ultraviolet  through  the  infrared.  These  capabilities  have  enabled  the  most  precise  realizations  and  comparisons  of  time,  precision  spectroscopy  over  broad  bandwidths,  and  the  ability  to  convert  stable  signals  between  optical  and  microwave  fields-seamlessly  connecting  the  entire  electromagnetic  spectrum  from  hertz  (100)  to  petahertz  (1015).  These  applications  involve  the  interference  of  a  frequency  comb  with  another  coherent  light  source,  such  as  another  frequency  comb  or  a  single-frequency  continuous-wave  laser.  However,  coherent  light  represents  only  one  type  of  light.  The  vast  majority  of  light  emanates  from  "black  bodies"  such  as  stars,  which  is  in  a  thermal  state  as  opposed  to  a  coherent  state,  and  carries  profound  information  about  the  universe  and  humanity's  place  within  it.  Other  types  of  light  defy  classical  electromagnetism  and  are  known  as  non-classical  or  quantum  light.  Such  quantum  light  may  play  central  roles  in  quantum  communication,  quantum  computation,  and  quantum-enhanced  metrology.  In  this  thesis,  the  use  of  the  optical  frequency  comb  in  the  interferometric  measurement  of  thermal  and  quantum  light  is  investigated,  with  a  focus  on  assessing  fundamental  limits  to  the  sensitivity  of  such  measurements.In  order  to  measure  thermal  light,  a  technique  called  dual-comb  correlation  spectroscopy  is  explored.  This  technique  entails  heterodyne  measurement  of  the  field  of  thermal  light  and  subsequently  correlation  of  the  field  in  time.  This  process  reveals  the  spectrum  of  thermal  light  at  high  resolution  and  across  broad  bandwidths.  New  theoretical  work  uncovers  previously  unknown  fundamental  limits  on  sensitivity  when  measuring  realistically  weak  thermal  light.  Experimental  investigation  verifies  this  scaling  and  is  accompanied  by  a  demonstration  of  spectroscopy  at  the  equivalent  power  spectral  density  of  our  Sun,  realizing  a  greater  than  1000x  sensitivity  increase  over  past  demonstrations  of  this  technique.  These  insights  pave  the  way  for  expansion  of  this  technique  to  comb-based  spatial  correlation  of  thermal  fields.  This  advancement  would  allow  for  extended  baseline  synthetic  aperture  hyperspectral  imaging  throughout  the  optical  spectrum,  facilitating  novel  and  profound  observations  of  the  universe.The  use  of  frequency  combs  for  the  measurement  of  quantum  light  is  also  investigated.  This  scenario  breaks  typical  quantum  optics  assumptions,  such  as  large  and  mode-matched  local  oscillators,  and  necessitates  new  quantum  measurement  operators.  Such  measurement  operators  are  derived,  which  not  only  describe  homodyne  measurements  on  any  quantum  state  of  light  with  a  frequency  comb  local  oscillator,  but  also  indicate  that  the  shot  noise  limit  generally  reached  in  comb-based  measurements  of  coherent  light  (such  as  in  continuous-wave  laser  heterodyne  and  dual-comb  spectroscopy)  does  not  correspond  to  the  quadrature  or  coherent  state-overlap  description  standard  in  quantum  optics.  Efforts  to  experimentally  reach  this  ``standard''  quantum  limit  demonstrate  a  significant  improvement  in  the  signal-to-noise  ratio  over  the  conventional  comb-based  shot  noise  limit,  paving  the  way  for  lower-power  portable  optical  clocks  and  quantum-enhanced  frequency-comb  metrology.
■590    ▼aSchool  code:  0051.
■650  4▼aOptics
■650  4▼aPhysics
■650  4▼aAstronomy
■650  4▼aQuantum  physics
■650  4▼aElectrical  engineering
■653    ▼aFrequency  combs
■653    ▼aQuantum  metrology
■653    ▼aQuantum  optics
■653    ▼aAstronomical  spectroscopy
■653    ▼aCoherent  light
■690    ▼a0752
■690    ▼a0605
■690    ▼a0606
■690    ▼a0599
■690    ▼a0544
■71020▼aUniversity  of  Colorado  at  Boulder▼bElectrical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-06B.
■790    ▼a0051
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17164755▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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