Application of quantum light in holography

doctoral thesis

• Title (croatian): Primjena kvantne svjetlosti u holografiji
• Author: Denis Abramović
• Mentor: Hrvoje Skenderović (mentor)
• Mentor: Mario Stipčević (komentor)
• Committee member: Hrvoje Buljan (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Karlo Lelas (član povjerenstva)
• Committee member: Hrvoje Skenderović (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Science; (Department of Physics); Zagreb
• Defense date and country: 2023-09-21, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: NATURAL SCIENCES; Physics
• Universal decimal classification (UDC): 53 - Physics

Abstract

Holography is a powerful imaging technique that allows to record both amplitude and phase information over a broad electromagnetic spectrum in a hologram. Classical holography as a part of interferometry is capable of the most precise measurements in industry, applied and fundamental science. However, holography is not yet fully exploited and understood from the most fundamental, quantum perspective. A better understanding of holography can lead to new methods outperforming the classical optics and add substantial knowledge about the world around us.
This dissertation addresses fundamentally and technically challenging task of phase retrieval with single-photon states. Previous efforts in low-light-level holography have been based either on classical light source or complex quantum schemes. Here presented architecture and experimental implementation of quantum holography goes beyond this by demonstrating the basic principle of holography with single-photon states. In this way, a new perspective on a textbook description of the basic holographic principle is given. The measured photon statistics during hologram acquisition show that the nonclassical holograms cannot be explained by the classical wave theory. Remarkably, the reconstructions of non-classical holograms show an improvement in amplitude and phase contrast compared to the classical holograms.

Abstract (croatian)

Holografija je moćna tehnika snimanja koja omogućuje snimanje amplitudne i fazne informacije u širokom elektromagnetskom spektru u hologram. Klasična holografija kao dio interferometrije sposobna je za najpreciznija mjerenja u industriji, primijenjenoj i fundamentalnoj znanosti. Međutim, holografija još nije u potpunosti iskorištena i shvaćena iz najtemeljnije, kvantne perspektive. Bolje razumijevanje holografije može dovesti do novih metoda koje nadmašuju klasičnu optiku i dati značajni doprinos u razumijevanju svijeta oko nas.
Ova disertacija bavi se fundamentalnom i tehnički zahtjevnom zadaćom vraćanja faze s jedno-fotonskim stanjima. Prethodni napori u holografiji niske razine svjetlosti temeljili su se ili na klasičnom izvoru svjetlosti ili na složenim kvantnim shemama. Ovdje predstavljena eksperimentalna implementacija kvantne holografije ide dalje od toga demonstrirajući osnovni princip holografije sa stanjima jednog fotona. Na taj je način dana nova perspektiva na udžbenički opis zapisivanja holografske informacije. Izmjerena fotonska statistika tijekom akvizicije holograma pokazuje da se ne-klasični hologrami ne mogu objasniti klasičnom valnom teorijom. Zanimljivo je da rekonstrukcije ne-klasičnih holograma pokazuju poboljšanje amplitude i faznog kontrasta u usporedbi s klasičnim hologramima. Poboljšanje kontrasta se postiže iskorištavanjem vremenske korelacije između dva emitirana fotona iz izvora i selekcijom detektiranih događaja na temelju te vremenske korelacije i malog vremenskog prozora unutar kojeg se vrši selekcija detektiranih događaja. Tehnika je posebno atraktivna za snimanje amplitudne i fazne slike u uvjetima gdje je kritično snimati objekt s minimalnim brojem fotona.

• Keywords: quantum physics; optics; holography; single photons
• Keywords (croatian): kvantna fizika; optika; holografija; foton
• Language: english
• URN:NBN: urn:nbn:hr:217:722781
• Promotion: 2023
• Project: Number: IP-2014-09-7515; Title: Holografija i interferometrija u uvjetima niske razine svjetlosti; Title: Holography and interferometry under weak illumination; Acronym: HI-WI; Leader: Nazif Demoli; Jurisdiction: Croatia; Funder: HRZZ; Funding stream: IP
• Study programme: Title: Doctoral study; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti u području prirodnih znanosti (doktor/doktorica znanosti u području prirodnih znanosti)
• Type of resource: Text
• Extent: 74 str.
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2023-11-13 12:53:23