Исследователи объяснили аномалию сфокусированных световых полей с помощью квантовых волн. Классическое описание света как волнового явления редко подвергается сомнению, но происхождение некоторых оптических эффектов до сих пор не удается объяснить. Физики из университета Тампере показали, что квантовые волны ведут себя значительно иначе, чем их классические аналоги. Результаты исследования можно использовать для повышения точности измерения расстояния.

Хотя физика оптических волн считается хорошо изученной, у нее есть некоторые фундаментальные аспекты, которые все еще обсуждаются. Один из них — аномальное поведение сфокусированных световых полей, объясняют ученые.

Сходящаяся волна, проходящая через фокус, приобретает дополнительный фазовый сдвиг по сравнению с коллимированным пучком (потоком из параллельных лучей) или плоской волной, проходящей то же расстояние. Этот эффект известен как фаза Гуи.

Фаза Гуи. Изображение: Markus Hiekkamäki et al., Natrure Photonics

Эффект широко применяется в практической оптике, но его природа до конца неизвестна. В новой работе ученым удалось показать, что аналогичные эффекты наблюдаются для квантового света: системы из двух одиночных фотонов. При этом, как полагают авторы работы, опубликованной в журнале Nature Photonics, природа фазы Гуи связана с увеличенным разбросом импульса N-фотонного состояния и рядом других квантовых эффектов.

Экспериментальная установка. Изображение: Markus Hiekkamäki et al., Natrure Photonics

В квантовой области аномальное поведение ускоряется по сравнению с классическим светом. Поскольку фазу Гуи можно использовать для определения расстояния, на которое распространяется луч света, ускорение квантовой фазы Гуи в квантовой оптике повысит точность измерения расстояний.