Interferometria a valore debole codificato mediante preselezione per la metrologia della rotazione ottica

Abstract degli autori

Le misure della rotazione ottica beneficiano di un numero maggiore di fotoni di sonda, ma le loro prestazioni sono spesso limitate dalla saturazione del rivelatore e dal rumore tecnico nella lettura ottica. Qui introduciamo l’amplificazione a valore debole codificato mediante preselezione (PeWVA), in cui la grandezza d’interesse viene codificata nella polarizzazione della sonda prima di un interferometro a valle basato sul valore debole. Questa architettura separa l’interazione di misura dalla lettura postselezionata, consentendo un’amplificazione locale regolabile e riducendo al contempo la potenza ottica che raggiunge il rivelatore. Mostriamo che PeWVA non crea informazione di Fisher aggiuntiva, ma offre un vantaggio pratico quando la gamma dinamica del rivelatore costituisce un limite. Analizziamo inoltre la luce parassita coerente e le fluttuazioni di fase, mostrando una ridotta conversione di queste perturbazioni in errori equivalenti di rotazione. Utilizzando un magnetometro atomico $M_x$ a $^{87}$Rb, dimostriamo sperimentalmente una lettura del campo magnetico sostanzialmente migliorata in condizioni limitate dal rivelatore, con fotodiodi sia con amplificazione a transimpedenza sia a valanga. Gli esperimenti confermano inoltre una minore suscettibilità alla luce parassita causata dalla cella a vapore e alla modulazione della fase dell’interferometro. Questi risultati stabiliscono PeWVA come strategia di lettura ottica per condizioni in cui il rivelatore costituisce un limite, con una maggiore tolleranza a perturbazioni interferometriche rappresentative.