論文の概要: Phase Sensitivity of Spectrally Multimode SU(1,1) Interferometers with Waveguide based Optical Parametric Amplifier
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.29469v1
- Date: Fri, 31 Jul 2026 14:32:58 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-03 14:29:40.762595
- Title: Phase Sensitivity of Spectrally Multimode SU(1,1) Interferometers with Waveguide based Optical Parametric Amplifier
- Title（参考訳）: 導波路型光パラメトリック増幅器を用いた分光多モードSU(1,1)干渉計の位相感度
- Abstract要約: 本稿では,コヒーレント真空入力を用いたスペクトル多重モードSU(1,1)干渉計の位相感度評価フレームワークを提案する。
マルチモード条件下での感度は測定方法に強く依存することを示す。
この研究は、量子化センシング応用のための導波路を用いたOPAを用いて、現実的なマルチモードSU(1,1)干渉計を解析し、最適化するための統一的な理論的および数値的枠組みを提供する。
- 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: We present a comprehensive framework for evaluating the phase sensitivity of spectrally multimode SU(1,1) interferometers probed with a coherent-vacuum input, under both number and homodyne detections. The optical parametric amplifiers (OPAs) are simulated using a periodically polled thin-film lithium niobate waveguide. The theoretical model incorporates the intrinsic multimode spectral nature of waveguide-based OPAs. Under the assumptions of identical OPAs and Schmidt-mode-independent phase shifts, we have shown that the multimode SU(1,1) interferometer is equivalent to a collection of independent single-mode interferometers in the Schmidt basis that operate in parallel, each associated with a Schmidt mode of the parametric process. We further present an optimized waveguide design based on asymmetric group-velocity matching to realize a practical OPA with nearly factorizable joint spectral amplitude (JSA). The Schmidt coefficients extracted from the numerically simulated JSA are incorporated into the theoretical model to evaluate the phase sensitivity. The results show that the sensitivity under a multimode condition depends strongly on the measurement scheme. For number detection, the degradation in sensitivity arises from the redistribution of the available nonlinear resource among the Schmidt modes, whereas homodyne detection exhibits an additional coherence penalty that can be substantially reduced by optimally shaping the local oscillator. Moreover, we show that the performance degradation can be to a large extent mitigated by optimizing the spectrum of the injected signal coherent state and, in the case of homodyne detection, the spectrum of the local oscillator. Altogether, this work provides a unified theoretical and numerical framework for analyzing and optimizing realistic multimode SU(1,1) interferometers with waveguide-based OPAs for quantum-enhanced sensing applications.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,コヒーレント真空入力を用いたスペクトル多重モードSU(1,1)干渉計の位相感度を,数およびホモダイン検出の両方で評価するための包括的枠組みを提案する。
光パラメトリック増幅器(OPA)は、周期的にポーリングされた薄膜のニオブ酸リチウム導波路を用いてシミュレーションされる。
理論モデルは、導波路系OPAの固有多モードスペクトル特性を取り入れている。
同一のOPAとシュミットモード非独立位相シフトの仮定の下で、多モードSU(1,1)干渉計は、パラメトリック過程のシュミットモードに付随するシュミット基底における独立した単モード干渉計の集合と等価であることを示した。
さらに、非対称な群速度マッチングに基づく最適化導波路設計を行い、ほぼ分解可能な結合スペクトル振幅(JSA)を持つ実用的なOPAを実現する。
数値シミュレーションJSAから抽出したシュミット係数を理論モデルに組み込んで位相感度を評価する。
その結果,マルチモード条件下での感度は測定方法に強く依存していることがわかった。
数検出では、シュミットモード間で利用可能な非線形資源の再分配から感度の劣化が生じるのに対し、ホモダイン検出は局所振動子を最適に形成することで著しく減少する余分なコヒーレンスペナルティを示す。
さらに, インジェクションされた信号コヒーレント状態のスペクトルを最適化し, 局所発振器のスペクトルをホモダイン検出することで, 性能劣化を大幅に軽減できることを示す。
この研究は、導波路をベースとしたOPAを用いたリアルなマルチモードSU(1,1)干渉計を量子化センシングアプリケーションとして解析し、最適化するための、統一的な理論的および数値的な枠組みを提供する。
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