参量放大器腔中光力诱导透明与本征模劈裂性质

研究了在含有光学参量放大器的光力学腔中关于弱探测光的光力诱导透明与本征模劈裂的性质.研究发现,光学参量放大器的驱动场相位和非线性增益值的大小对光力诱导透明窗口宽度和本征模劈裂性质有非常重要的影响,特别是当控制光频率工作在光力学红边带下,通过适当调制相位和非线性增益可以实现比空腔时(没有光学参量放大器时)还狭窄的光力诱导透明窗口,此时伴随着陡峭的色散曲线.这些研究结果有利于在光力耦合系统中实现快慢光、光存储等量子信息处理过程.     

由NOPA产生高质量明亮压缩光及明亮EPR光束

通过非简并光学参量放大器获得了明亮双模正交压缩光及明亮EPR光束.实验测得明亮耦合模的正交振幅压缩为57±02dB;信号模与闲置模的正交振幅和(正交位相差)的起伏低于散粒噪声极限54±02dB(54±02dB),EPR关联的乘积为0332±0003. 关键词： 明亮双模正交压缩光 明亮EPR光束 非简并光学参量放大器     

双光力诱导透明窗口的可调特性

提出一个杂化腔光力系统理论方案,利用两纳米机械振子间的库仑耦合作用实现弱探测光的双光力诱导透明窗口.研究边带可分辨区域和红失谐情况下双光力诱导透明窗口的可调特性.数值计算表明:两纳米振子间的库仑作用可有效地使单光力诱导透明窗口劈裂为双透明窗口.随着库仑耦合强度的增大,两透明窗口间的距离对称性地拉大;其次,光力腔衰减率的改变对两透明窗口的位置和深度无影响,仅对两透明窗口的宽度产生细微改变,测量精度可在坏腔情形下得到很好的保持;另外,仅增加参量放大器的非线性增益参量将使两透明窗口变宽,而引入驱动参量放大器的光场相位,利用相位匹配可以产生比空腔情形更加狭窄陡峭的双透明窗口,可用于比空腔情况更加精密的测量.     

基于级联光参量放大器的碱金属原子跃迁线波段压缩光源分析

碱金属原子跃迁线波段压缩态光场是量子信息以及精密测量领域的重要量子资源.碱金属原子跃迁线波长短(760—860 nm),受限于非线性晶体的灰迹效应,光参量放大器制备的此波段压缩态光场的压缩度有限,目前典型值约3—5 dB.本文在光参量放大器的理论模型基础上,结合原子跃迁线波段压缩态光场实验制备面临的问题,研究光参量放大器输出光场量子噪声随其物理参数的变化规律,获得最优的物理参数.构建了级联光参量放大器的理论模型,以此为基础分别在分析频率2 MHz和100 kHz,研究了级联环路光学损耗以及相位噪声对级联系统输出量子噪声特性的影响.研究发现,对于兆赫兹波段的压缩,在低的光路损耗以及位相噪声前提下,级联2—3个光参量放大器可实现压缩的显著提升;对于低频段压缩,级联系统对压缩的增强较小.在目前的实验参数条件下,进一步探究了级联系统输出压缩态光场的量子极限以及频谱特性.本研究可为原子跃迁线波段压缩态光场压缩度的提升提供参考和指导.     

利用楔角KTP晶体实现低阈值非简并光学参量放大器的运转

非简并光学参量放大器产生的纠缠态光场是连续变量量子信息科学研究的重要资源。随着量子网络及量子计算的发展,需要更多组份纠缠态光场来完成对更复杂的量子信息的研究。一般的多组份纠缠态光场是将多个压缩态光场或者Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)纠缠态光场通过不同的分束器阵列耦合而成,需要同时制备多个经典相干的EPR纠缠态光场。采用带楔角的非线性晶体,使非简并光学参量放大器的振荡阈值从原来的250mW降低至45mW,当注入腔内抽运光功率为23mW时,依然可以得到正交振幅及相位分量关联噪声分别低于量子噪声极限5.5dB的EPR纠缠态光场。在此基础上,可以使用一台激光器同时抽运多个非简并光学参量放大器来获得所希望的多组份纠缠态光场。     

利用周期性极化KTiOPO4晶体参量缩小过程产生明亮振幅压缩光

利用周期性极化KTiOPO₄晶体构成的连续准相位匹配简并光学参量缩小谐振腔， 获得了注入红外的明亮正交振幅压缩光.参量振荡阈值为35mW.当抽运光功率为20mW时，测得压缩度为223dB，特别是当抽运光功率为8mW时，测得压缩度为217dB. 关键词： 准相位匹配 简并光学参量放大器 明亮振幅压缩光     

纤维放大器

放大器用于提高通信系统中弱光学信号的强度。信号可以在放大器带宽中的一个或几个波长上。虽然光学信号一般是数字形式的，但放大是模拟式的。因此，线性响应和低噪声是重要的。在典型的掺铒纤维放大器中，要放大的弱信号从纤维一端进入，而泵浦光通过耦合器进入纤维。当弱信号通过放大器时，由泵浦光激发的铒原子激发发射，信号强度沿放大纤维的长度方向提高。泵浦光来自经过一段纤维和波长选择耦合器耦合到放大器上的半导体激光器，波长选择耦合器确定不同方向上的信号和泵浦波长。放大器另一端的滤波器阻止任何剩余的泵浦光。光学隔离…     

1064 nm高功率明亮压缩态光场实验制备中的热透镜效应

本文通过理论和实验分析了1064 nm高功率明亮压缩态光场实验制备过程中,高功率种子光和泵浦光注入光学参量放大器引起的热透镜效应和模式失配。首先根据热透镜理论模型,定量分析了高功率种子光和泵浦光注入光学参量放大器时,周期极化磷酸氧钛钾晶体内部热透镜的等效焦距。然后根据高斯光束与光学谐振腔的模式匹配理论模型,理论分析了高功率种子光和泵浦光与光学参量放大器的模式失配量。最后在高功率明亮压缩态光场正常输出的工作状态下,重新优化种子光和泵浦光与光学参量放大器的模式匹配效率,在种子光功率为500 mW、泵浦光功率为145 mW的条件下,在分析频率3 MHz处,直接测得光功率为200μW、压缩度为-10.8 dB±0.2 dB的明亮压缩态光场。上述实验结果与有关文献测得的压缩度仅相差0.1 dB,表明在本文实验系统中,高功率种子光和泵浦光引起的热透镜效应对光学参量放大器输出明亮压缩态光场的压缩度基本没有影响。     

非简并四波混频体系中双模光场的纠缠特性

利用非简并四波混频体系制备出稳定的连续变量的纠缠态，研究了纠缠随时间的演化情况.同时，得到双模光场的特征函数.经分析可知，在强抽运光的作用下此体系相当于一个光学参量放大器；在满足一定的条件下，能够制备出稳定的连续变量的量子纠缠态，并且纠缠的程度与双光子抽运光强度、合作参量及失谐频率有关. 关键词： 连续变量 三能级 高斯态 参量放大器     

利用自制的单频激光器获得近通讯波段正交振幅压缩态光场

利用自制的1.34 μm和0.67 μm双波长输出单频激光器作为泵浦源,泵浦基于PPKTP晶体的光学参量放大器,通过边带锁频技术将光学参量放大腔腔长锁定在激光频率上,将泵浦光和信号光相对相位锁定在π相位,经参量缩小过程获得低于散粒噪声极限约3 dB的正交振幅压缩光.压缩光位于光纤通信窗口——1.3 μm波段.     

双拉盖尔-高斯腔光力系统中的腔内压缩冷却研究

机械振子的冷却是腔光力学研究的重要方向之一。计算光力噪声谱和稳态的最终声子数,对基于耦合光学参量放大器（OPA）的双拉盖尔-高斯腔光力系统中的腔内压缩冷却问题进行研究。在弱耦合条件下,利用微扰近似理论方法得出系统的光力噪声谱,基于费米黄金法则的理论计算出稳态下的最终声子数的解析表达式。利用入射泵浦光驱动腔场内耦合的OPA,使腔场内形成强烈的非线性压缩效应,量子反作用加热过程得到有效抑制,系统净冷却率得到显著提高。此外,讨论了其他系统参数对机械振子冷却的影响。最后研究了系统的稳态声子数,声子数可以在较大参数范围内小于1。该方案能有效地降低机械振子的冷却极限。     

连续变量纠缠增强对实验参量的依赖关系

具有正交振幅和正交相位分量量子关联的连续变量量子纠缠态光场是进行量子信息和量子计算研究的最基本的资源。随着量子信息和量子计算研究的深入开展,为了实现高质量的信息传递和高效率的量子计算,必须尽可能提高所利用的纠缠态光场的纠缠度。基于光学参变过程量子纠缠增强是提高连续变量纠缠态光场纠缠度的一种有效方法,详细讨论了连续变量纠缠增强与非简并光学参变放大器各实验参量的关系,讨论了这些参量对纠缠增强的影响。计算结果将为优化利用非简并光学参变放大器构建的纠缠增强系统,进一步提高量子纠缠增强效率提供参考。     

非线性光学腔中的相位调制光机械动力学

研究了Fabry-Perot光学腔中包含一个光学参量放大器来增强腔场与机械振子之间的耦合的光机械动力学行为.在解析边带机制下用量子郞之万方程具体研究了振子的涨落光谱、光学多稳态行为、机械阻尼与修正共振频移和基态冷却.通过数值解讨论了辐射压力诱导机械振子和腔场的稳态振幅所展现的光学多稳态行为,同时也分析了辐射压力引起的修正共振频移和机械阻尼与参量增益、输入激光功率和参量相位这三个因素的关系.此外,随着调节泵浦场的参量相位,振子的涨落光谱呈现简正模式分裂.通过精确求解最终有效声子数论证了基态冷却.结果表明,机械振子的冷却由初始浴温度、机械品质因数和参量相位这个三个因素控制.参量相提供一个新的方法来操控非线性光机械动力学.     

Ⅱ类光学参量放大器中多横模的共振

研究了一阶厄米-高斯模TEM01模和TEM10模在光学参量放大器中的共振情况。针对非线性KTP晶体各向异性引入像散效应,导致TEM01模和TEM10模不能在光学参量放大器中同时共振,设计了一个对称补偿方案,使其可以在光学参量放大器中同时共振,并进行了实验验证,为超纠缠态的实验产生奠定了基础。     

基于原子系综的相敏四波混频过程及其应用

由于原子相干性可以增强光学非线性效应，基于原子系综的四波混频过程是产生压缩态和纠缠态的一项有前景的技术。光参量放大器中的相敏放大器的增益随输入信号相位的变化而变化，且相敏放大过程具有低噪声特性。因此，基于原子系综的相敏四波混频过程在实际应用中有着潜在的应用价值。本文介绍了基于原子系综的相敏四波混频过程的理论方案，概述了该系统输出光场的量子特性，综述了基于原子系综的相敏四波混频过程在实验上的应用，包括在双模相敏放大器中利用干涉诱导增强了量子压缩，对双模相敏放大器的相位进行操纵以实现两种类型的纠缠，以及用直接强度探测法测量明亮注入SU(1,1)干涉仪的相位灵敏度。     

连续变量四组份纠缠态光场的产生

以一对工作在参量反放大状态的非简并光学参量放大器同时产生的两个正交振幅压缩相干态与两个正交位相压缩真空态光场为基础，经过不同位相关系的线性光学变换，可获得四组份纠缠态光场。我们将介绍实验原理和初步试验结果。     

三机械薄膜腔光力系统相互作用的研究

本文主要研究了利用传输矩阵理论和共振透射条件详细地推导光腔中均匀放置三个机械薄膜构成的腔光力系统中系统本征模式随机械运动的色散关系.计算结果发现系统的光学本征模式由一组四个的本征能级构成,且不同的能级随不同的机械运动模式的变化曲线各不相同,进而导致不同光学模式与不同机械运动模式之间的耦合也不相同.此外,利用微扰理论求解了当机械运动振幅远小于腔模波长、机械振子处于平衡位置附近时,各种光学模式与不同机械振动模式间相互作用耦合强度的解析表达式.研究结果能够为理论和实验上研究多模腔光力系统提供一定的参考.     

压缩态光场平衡零拍探测的位相锁定

平衡零拍探测是测量量子光场的重要方法之一. 通过对相位灵敏光学参量放大器注入的信号进行位相调制, 然后利用平衡零拍探测系统测量光学参量放大器输出的压缩光. 将相位灵敏光学参量分别运转在参量放大和参量缩小, 通过观察噪声谱中的调制信号就可确定测量的量子光场是正交振幅或位相分量. 通过解调位相调制信号可获得误差信号, 实现锁定平衡零拍探测系统本底光与待测光场相对位相为零(对应于待测光场振幅噪声分量). 关键词： 平衡零拍探测 位相锁定     

连续变量受控密集编码量子通讯与无条件纠缠交换的实验实现

利用运转于参量反放大状态的非简并光学参量放大器(NOPA)所产生双组份EPR纠缠态光场,经分束器线性光学变换,我们获得了完全的三组份不可分态.所产生的三个空间分离的光学模具有三模正交振幅与相对正交位相量子关联特性.将三个纠缠光学模分别分配到发送站(Alice)、接收站(Bob)与控制站(Claire),我们完成了连续变量受控密集编码(controlled dense coding)量子通讯,Alice和Bob之间通讯的信道容量受控于Claire.     

三模腔-原子闭环系统中可控的量子干涉和光子传输

通过构造一个由相互垂直的两腔和一个二能级原子组成的光学腔-原子系统,研究可控的量子干涉引起的非传统光子传输现象.该系统中,两个正交腔之间通过光纤直接耦合和通过放在两腔交叉处的二能级原子间接耦合.该三模系统支持两个相互垂直的传播方向,即两探测场相互垂直.在考虑原子弛豫速率的情况下,该闭环系统中的光场、腔模与原子跃迁间相互作用所产生的可控量子干涉能导致一些新的对称或非对称的光子输运行为,如相干完美合成、相干完美透明.此外,输运的群速度也可调节,即产生快慢光效应.这些过程能够通过调节探测场间相对相位、两腔之间的隧穿耦合强度进行动态调控.该机制有望用于开发高效的量子信息处理和全光网络的功能元器件(如光开关和路由器等).