論文の概要: Estimating IF shifts based on SU(1,1) interferometer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.00291v1
• Date: Sat, 1 Jul 2023 10:16:35 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-05 16:53:52.643203
• Title: Estimating IF shifts based on SU(1,1) interferometer
• Title（参考訳）: su(1,1)干渉計によるシフト推定
• Authors: Chen Yuetao, Chen Gaiqing, Luo MengMeng, Chang Shoukang and Gao Shaoyan
• Abstract要約: 本稿では,SU(1,1)干渉計にSPRセンサを導入することにより,IFシフトと入射角感度を推定する理論的手法を提案する。 SU(1,1)干渉計に2つのコヒーレント状態を注入することにより、ホモダイン検出に基づいてIFシフトと入射角の感度を得る。 この結果は、より精密な量子ベースセンサーの開発に役立ち、光-物質相互作用の研究に役立てることができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: IF (Imbert--Fedorov) shifts which refers to a transverse micro-displacement occurs at the interface between two media. The estimation of such micro-displacement enables a deeper understanding of light-matter interactions. In this paper, we propose a theoretical scheme to investigate the IF shifts and incident angle sensitivity by introducing SPR sensor into the SU(1,1) interferometer. By injecting two coherent states in the SU(1,1) interferometer, we obtain the sensitivity of the IF shifts and incident angle based on the homodyne detection. Our results demonstrate that it is possible to get the maximal IF shift and the optimal IF shifts sensitivity simultaneously. Meanwhile, the orbit angular momentum carried by Laguerre-Gauss (LG) beam is unfavorable for improving the IF shift sensitivity. Furthermore, we have investigated the sensitivity of the incident angle in our scheme and found that it is capable of surpassing the sensitivity limit of $(6\times 10^{-6}){{}^\circ}$. This allows us to achieve a more precise IF shifts sensitivity than the traditional weak measurement method used for IF shift detection, which typically has a rotation precision limit of 0.04${{}^\circ}$ [Journal of Optics, 19(10), 105611]. More importantly, both the sensitivity of IF shifts and incident angle can breakthrough the (shot noise limit) SNL, even approaching the Cram\'{e}r-Rao bound (QCRB) at the incident angle $\theta =43.6208{{}^\circ}$ and $\theta =43.6407{{}^\circ}$. We also discover that increasing the coherent amplitude is beneficial for improving the sensitivity of both the IF shifts and incident angle. Our findings shall offer a novel scheme for measuring micro-displacement in SPR sensor. These results can be helpful in the development of more precise quantum-based sensors for studying light-matter interactions.
• Abstract（参考訳）: IF(Imbert--Fedorov)シフトは、2つの媒体間の界面で発生する逆マイクロ変位を指す。 このような微小変位の推定は、光間相互作用のより深い理解を可能にする。 本稿では,SU(1,1)干渉計にSPRセンサを導入することにより,IFシフトと入射角感度を推定する理論的手法を提案する。 SU(1,1)干渉計に2つのコヒーレント状態を注入することにより、ホモダイン検出に基づいてIFシフトと入射角の感度を得る。 その結果,最大IFシフトと最適IFシフトを同時に得ることが可能であることが示唆された。 一方、ラゲール・ガウス(lg)ビームによって運ばれる軌道角運動量はifシフト感度を改善するには不利である。 さらに, 本手法における入射角の感度について検討し, 感度限界である$(6\times 10^{-6}){{}^\circ}$を超えることを見出した。 これにより、IFシフト検出に使用される従来の弱い測定法よりも精度の高いIFシフト感度が得られ、通常は0.04${{}^\circ}$ [Journal of Optics, 19(10), 105611] の回転精度限界を持つ。 さらに重要なことに、ifシフトの感度と入射角の両方が(ショットノイズ制限)snlを突破する可能性があり、入射角$\theta =43.6208{{}^\circ}$ と$\theta =43.6407{{}^\circ}$ で cram\'{e}r-rao bound (qcrb) に近づくことさえある。 また,コヒーレント振幅の増加はIFシフトと入射角の両方の感度を向上させる上で有益であることがわかった。 そこで本研究では,SPRセンサの微小変位測定手法を提案する。 これらの結果は、より精密な量子ベースのセンサーの開発に役立てることができる。

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