Medição da deflexão angular com feixes Hermite-Gauss via amplificação por valores fracos

Abstract

Este trabalho emprega a técnica de amplificação por valores fracos, utilizando o interferômetro de Sagnac para medir pequenas deflexões angulares. Medições de valores fracos são uma técnica da mecânica quântica que permite a mensuração de um efeito de uma interação muito pequena em um sistema, amplificando esse efeito através de um processo de pré e pós-seleção cuidadoso. Tendo isto em vista, o objetivo do trabalho foi avaliar se a estruturação da luz resulta em um ganho de sensibilidade na detecção do sinal. A metodologia de trabalho baseou-se na técnica experimental de Dixon, utilizando um laser de HeNe, um detetor de quadrante e um amplificador lock-in para detectar deslocamentos induzidos pelo amplificador. Os resultados obtidos confirmaram a capacidade do sistema em medir deflexões angulares da ordem de nanorradianos. A análise quantitativa demonstrou que a estruturação do feixe proporciona um ganho significativo na resposta do sistema: observamos um fator de amplificação de aproximadamente 22 vezes para o feixe gaussiano HG00 e de 52 vezes para o feixe estruturado HG10. Comparativamente, o uso do modo HG10 resultou em um aumento de sinal de cerca de 2.4 vezes em relação ao modo fundamental nas regiões de maior sensibilidade de fase.

This work employs the weak value amplification technique, utilizing a Sagnac interferometer to measure small angular deflections. Weak value measurements are a quantum mechanics technique that enables the measurement of the effect of a very small interaction in a system, amplifying this effect through a careful process of pre- and post-selection. With this in view, the objective of this work was to evaluate whether structured light results in a sensitivity gain in signal detection. The methodology was based on Dixon’s experimental technique, using a HeNe laser, a quadrant detector, and a lock-in amplifier to detect displacements induced by the amplifier. The obtained results confirmed the system’s capability to measure angular deflections on the order of nanoradians. Quantitative analysis demonstrated that beam structuring provides a significant gain in the system’s response: we observed an amplification factor of approximately 22 times for the Gaussian beam HG00 and 52 times for the structured beam HG00 Comparatively, the use of the HG00 mode resulted in a signal increase of about 2.4 times relative to the fundamental mode in the regions of highest phase sensitivity.