6 research outputs found
The polarization properties of a tilted polarizer
Polarizers are key components in optical science and technology. Thus,
understanding the action of a polarizer beyond oversimplifying approximations
is crucial. In this work, we study the interaction of a polarizing interface
with an obliquely incident wave experimentally. To this end, a set of Mueller
matrices is acquired employing a novel procedure robust against experimental
imperfections. We connect our observation to a geometric model, useful to
predict the effect of polarizers on complex light fields.Comment: 11 pages, 5 figure
Distributing Entanglement with Separable States
Like a silver thread, quantum entanglement [1] runs through the foundations
and breakthrough applications of quantum information theory. It cannot arise
from local operations and classical communication (LOCC) and therefore
represents a more intimate relationship among physical systems than we may
encounter in the classical world. The `nonlocal' character of entanglement
manifests itself through a number of counterintuitive phenomena encompassing
Einstein-Podolsky-Rosen paradox [2,3], steering [4], Bell nonlocality [5] or
negativity of entropy [6,7]. Furthermore, it extends our abilities to process
information. Here, entanglement is used as a resource which needs to be shared
between several parties, eventually placed at remote locations. However
entanglement is not the only manifestation of quantum correlations. Notably,
also separable quantum states can be used as a shared resource for quantum
communication. The experiment presented in this paper highlights the
quantumness of correlations in separable mixed states and the role of classical
information in quantum communication by demonstrating entanglement distribution
using merely a separable ancilla mode.Comment: 21 pages, 4 figure
Geometrischer Spin-Hall-Effekt des Lichts
This thesis describes the journey from the theoretical idea to an experimental proof
of a novel optical effect. Only recently, in 2009, an elusive beam shift phenomenon
was predicted. This geometric spin Hall effect of light (SHEL) amounts to a dis-
placement of a light beam, which surprisingly depends solely on the photon spin and
the geometry of the detection system. In fact, this very fundamental beam shift has
always been hidden in plain sight, in the structure of circularly and elliptically po-
larized light beams, and can be revealed theoretically by employing a non-standard,
i.e. tilted reference frame.
Experimentally, the observation of the geometric SHEL relies on a physical oper-
ation breaking the symmetry of a light beam. In this work, we choose to employ
a polarizer for this purpose. While, the action of a polarizer is obvious for normal
incidence, the structure of the light beam transmitted across a tilted polarizing in-
terface is worth a closer look. To understand this physically, different polarizers are
characterized, which leads to a generic polarizer model. This connects polarizing
interfaces to a plethora of beam shifts.
In particular, most experiments in this work use a glass polarizer submerged in
a liquid with its refractive index matched to the polarizer’s substrate. This setup
avoids detrimental effects occurring at the polarizer surface and allows to study
polarization effects in a particularly pure manner. In fact, without this technique,
i.e. using a polarizing interface in air, one cannot reproduce our results.
It is shown that geometric SHEL occurs at a polarizer if the action of this devices
leads to particular wave vector dependent phase term, which can be identified with
Berry’s geometric phase. The occurrence of this phase results from the interplay
between the angular momentum of the incident beam and the symmetry break
induced by the tilted polarizer.
The pinnacle of this work is the direct measurement of such polarization-
dependent beam shifts with nanometre resolution. For the configuration studied
experimentally, these displacements exceed one wavelength. This thesis concludes
with a discussion of transverse angular momentum, the fundamental idea which
motivated this work.Diese Arbeit beschreibt den Weg von der theoretischen Idee bis zum
experimentellen Nachweis eines neuartigen, optischen Phänomens. Erst
vor kurzem, im Jahr 2009, wurde ein Strahlverschiebungseffekt
vorausgesagt, der zunächst schwierig einzuordnen war. Dieser
geometrische Spin-Hall-Effekt des Lichts, im Englischen als spin
Hall effect of light oder kurz SHEL bezeichnet, fĂĽhrt zu einer
Schwerpunktsverschiebung des Lichtstrahls, die ĂĽberraschenderweise
nur vom Photonenspin und der Geometrie des Detektionssystems
abhängt. Es handelt sich um einen fundamentalen Effekt, der sich
bereits bei einer theoretischen Betrachtung der Struktur des
zirkular oder elliptisch polarisierten Lichtstrahls selbst zeigt. Es
ist daher umso erstaunlicher, dass dieses Phänomen so lange im
Verborgenen geblieben ist.
Eine experimentell Beobachtung des geometrischen SHELs verlangt nach
einer physikalischen Operation, die die Symmetrie des einfallenden
Strahls bricht. Im Rahmen dieser Arbeit wird hierzu ein Polarisator
verwendet. Während der Effekt eines Polarisators für senkrechten
Einfall bekannt ist, verdient ein zum Strahlengang verkippter
Polarisator besondere Aufmerksamkeit. Um diesen Fall zu verstehen
wurden verschiedene Polarisatoren charakterisiert und ein
generisches Modell erarbeitet. Dieses Modell ist geeignet eine
Vielzahl an Strahlverschiebungen vorauszusagen.
Die Mehrzahl der in dieser Arbeit dargestellten Experimente
verwendet einen Glas-Polarisator in einem mit Immersionsöl gefüllten
Tank. Der Brechungsindex des Ă–ls entspricht dem des Glassubstrats,
so dass störende Oberflächeneffekte vermieden werden und
Polarisationseffekte in Reinform untersucht werden können. Ohne die
Immersionstechnik, dass heißt mit einem Polarisator in Luft, wäre es
nicht möglich die dargestellten Ergebnisse zu wiederholen.
Die Arbeit zeigt, dass der geometrische SHEL genau dann an einem
Polarisator auftritt, wenn dieser zu einer vom Wellenvektor
abhängigen Phase führt. Diese geometrische Phase resultiert aus dem
Zusammenspiel des Drehimpulses des einfallenden Strahls mit dem
Symmetriebruch, der durch den verkippten Polarisator eingefĂĽhrt wird.
Den Höhepunkt dieser Arbeit stellt die direkte Messung solcher
polarisationsabhängigen Verschiebungen dar. In der experimentell
untersuchten Konfiguration ĂĽbersteigt die Schwerpunktsverschiebung
eine Wellenlänge. Diese Arbeit schließt mit einer Diskussion des
transversalen Drehimpulses, dem grundlegenden Konzept, das die
Arbeit motiviert hat