論文の概要: Enhanced detection techniques of Orbital Angular Momentum states in the classical and quantum regimes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2201.07785v1
• Date: Wed, 19 Jan 2022 18:46:34 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-28 10:12:27.998757
• Title: Enhanced detection techniques of Orbital Angular Momentum states in the classical and quantum regimes
• Title（参考訳）: 古典的および量子的状態における軌道角運動状態の高度検出技術
• Authors: Alessia Suprano, Danilo Zia, Emanuele Polino, Taira Giordani, Luca Innocenti, Mauro Paternostro, Alessandro Ferraro, Nicol\`o Spagnolo and Fabio Sciarrino
• Abstract要約: Orbital Angular Momentum(OAM)状態に固有の複雑な構造は、それらの検出と分類を非自明にする。 現在の検出方式のほとんどは、ラゲール・ガウスモードを用いて構築されたOAM状態のモデルに基づいている。 我々は、OAM検出技術を改善するために(特定のシナリオにおいて)洗練されたモデルの基礎状態として、ハイパー幾何-ガウスモードを用いる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 48.7576911714538
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The Orbital Angular Momentum (OAM) of light has been at the center of several classical and quantum applications for imaging, information processing and communication. However, the complex structure inherent in OAM states makes their detection and classification nontrivial in many circumstances. Most of the current detection schemes are based on models of the OAM states built upon the use of Laguerre-Gauss modes. However, this may not in general be sufficient to capture full information on the generated states. In this paper, we go beyond the Laguerre-Gauss assumption, and employ Hypergeometric-Gaussian modes as the basis states of a refined model that can be used -- in certain scenarios -- to better tailor OAM detection techniques. We show that enhanced performances in OAM detection are obtained for holographic projection via spatial light modulators in combination with single-mode fibers, and for classification techniques based on a machine learning approach. Furthermore, a three-fold enhancement in the single-mode fiber coupling efficiency is obtained for the holographic technique, when using the Hypergeometric-Gaussian model with respect to the Laguerre-Gauss one. This improvement provides a significant boost in the overall efficiency of OAM-encoded single-photon detection systems. Given that most of the experimental works using OAM states are effectively based on the generation of Hypergeometric-Gauss modes, our findings thus represent a relevant addition to experimental toolboxes for OAM-based protocols in quantum communication, cryptography and simulation.
• Abstract（参考訳）: 光の軌道角運動量(oam)は、イメージング、情報処理、通信のためのいくつかの古典的および量子的な応用の中心にある。 しかし、OAM状態に固有の複雑な構造は、多くの状況においてその検出と分類を非自明にする。 現在の検出方式のほとんどは、ラゲール・ガウスモードを用いて構築されたOAM状態のモデルに基づいている。 しかし、これは一般的に生成された状態の完全な情報を取得するのに十分ではないかもしれない。 本稿では,Laguerre-Gaussの仮定を超越し,高幾何-ガウスモードを,特定のシナリオにおいて,洗練されたモデルの基礎状態として利用し,OAM検出技術の改善を図る。 OAM検出の性能向上は,空間光変調器と単一モードファイバの組み合わせによるホログラム投影や,機械学習手法による分類技術に有効であることを示す。 さらに,ラゲール・ガウス法に関してハイパージオメトリック・ガウシアンモデルを用いた場合,ホログラフィック法において,単モードファイバカップリング効率の3倍向上が得られた。 この改良により、OAM符号化単一光子検出システムの全体的な効率が大幅に向上する。 OAM状態を用いた実験の多くは、ハイパージオメトリ・ガウスモードの生成を効果的に基礎としているので、量子通信、暗号、シミュレーションにおけるOAMベースのプロトコルの実験ツールボックスに関連性がある。

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