Weak value amplification: new insights and applications
- Autores: Luis Jose Salazar Serrano
- Directores de la Tesis: Juan Pérez Torres (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Acín Dal Maschio (presid.), John Calsamiglia Costa (secret.), Nicolas Brunner (voc.)
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- Resumen
Weak Value Amplification (WVA) es una técnica experimental propuesta en 1988 por Aharonov, Albert, y Vaidman que ha sido ampliamente utilizada para medir pequeños cambios de variables físicas que en principio no podrían medirse usando otras metodologías debido a limitaciones técnicas. La técnica se basa en: i) la existencia de una interacción débil que acopla una propiedad de un sistema (el sistema) con otro grado de libertad (el metro), y ii) la medición de un valor promedio particularmente grande del metro (weak mean value), después de realizar una selección adecuada de los estados inicial y final del sistema.
La utilidad de la técnica para la medición de cantidades extremadamente pequeñas ha sido demostrada en una gran variedad de condiciones experimentales para medir, por ejemplo, desplazamientos transversales de haces ópticos muy pequeños, deflexiones en haces, corrimientos angulares, retardos temporales, cambios de fase, cambios de frecuencia, mediciones de velocidad y diferencias de temperaturas, entre otros.
En esta tesis, hacemos uso del concepto de Weak Value Amplification para mejorar el desempeño de algunos esquemas experimentales actuales y también para analizar la verdadera utilidad de esta técnica con respecto a otras alternativas experimentales.
En particular, aplicamos el concepto para medir retardos temporales entre pulsos del orden de femptosegundos mucho más pequeños que su duración y mediante un modelo teórico, determinamos un límite en la sensibilidad del sistema que permite medir retardos del orden de attosegundos utilizando pulsos del orden de femtosegundos.
También desarrollamos un dispositivo que hace uso de la interfencia presente en los esquemas basados en WVA para generar un desplazador de haz sintonizable que puede superar las limitaciones impuestas en resolución por el uso de elementos ópticos móviles. En particular, reportamos el resultado de realizar un barrido de la posición de un haz Gaussiano, con ancho 600 µm, a lo largo de un intervalo de 240 µm en pasos de 1 µm.
Por otro lado, demostramos la viabilidad del uso del concepto de WVA para aumentar la sensibilidad en sensores de temperatura basados en Fiber Bragg Gratings (FBG) a través de un experimento. Teniendo en cuenta de que este tipo de sensores se comportan como filtros espectrales cuya frecuencia central está determinada por la temperatura a su alrededor, con el esquema implementado, hemos podido medir medir corriemientos en frecuencia que son pequeños en comparación con el ancho del espectro de cada FBG. En particular reportamos que el esquema implementado permite mejorar en un factor de cuatro la sensibilidad de los esquemas de medición corrientes.
Por último, buscamos dar respuesta a la pregunta: ¿qué puede y qué no puede ofrecer el concepto de WVA cuando se utiliza en mediciones de gran precisión? Mediante el uso de un ejemplo específico y algunos conceptos básicos de la mecánica cuántica, hemos encontrado que los esquemas basados en WVA no son de utilidad para superar límites fundamentales que surgen al considerar la naturaleza cuántica de la luz. Sin embargo, hemos encontado que el concepto de WVA puede ser de gran utilidad para mejorar la sensibilidad de esquemas experimentales específicos en donde la sensibilidad puede estar limitada por otros factores diferentes a la naturaleza cuántica de la luz, como por ejemplo el ruido técnico.
