Métodos simples de caracterización de cristales no lineales para Conversión Paramétrica Espontánea Descendente

Actualmente, numerosos experimentos de Óptica Cuántica utilizan cristales no lineales (LiIO3, BBO, etc.)como fuente de fotones entrelazados, aprovechando el fenómeno de Conversión Paramétrica Espontánea Descendente (SPDC). Para ello se incide sobre el cristal con un láser de bombeo y se obtienen a la salida pares de fotones de menor energía, que dependiendo del corte del cristal, forman dos conos coaxiales, en el caso decristales de tipo I, o dos conos desplazados, para cristales de tipo II. El ángulo de salida de estos pares de fotones, para cada longitud de onda, depende del ángulo de incidencia del haz de bombeo, respecto de la dirección del eje óptico del cristal.

Conocer esta dependencia es crucial para ubicar correctamente los detectores de fotones necesarios en cualquier experimento. En este trabajo se implementaron dos métodos distintos de caracterización de cristales no lineales para ser utilizados para SPDC.

A modo de ejemplo se presentan los resultados de la caracterización dedos cristales tipo I con espesores bien diferentes: un cristal LiIO3 de 10 mm de espesor y un BBO de 2 mm de espesor.

Para el primero, se midió la distribución angular delos fotones convertidos en función de su longitud de onda y del ángulo de incidencia del haz de bombeo mediante la medición directa de los conos.

Los resultados experimentales coinciden con los predichos por un software desarrollado paratal fin (NIST Phasematch) con discrepancias menores al 10%.

Para el cristal de menor espesor la intensidad de los conos disminuye apreciablemente, por lo que el método se vuelve impreciso y es necesario implementar un método alternativo. Se utilizó en este caso un segundo método de caracterización, basado en interferometría cromática de polarización, que nos permitió

determinar la dirección del eje óptico con una precisión del 0.5% y el espesor del cristal con una precisión del 1% y, en forma indirecta, la distribución angular de los fotones convertidos. Los valores medidos están en muy buen acuerdo con los proporcionados por el fabricante.