光纤Sagnac干涉仪中单光子干涉及路由控制

介绍一种光纤中稳定的单光子干涉以及单光子路由控制方式. 使用Sagnac单光子环形干涉仪，通过分时相位调制，改变其顺时针和逆时针两路光子间的相位差. 在Sagnac单光子环形干涉仪中，顺时针和逆时针两路光子走过的是同一段光纤，简便有效地补偿了光纤长度随时间缓变带来的相位涨落，而且两路光子经历了相同的偏振模色散，较好地抑制了偏振态波动对单光子干涉的影响. 在长达5km的1550nm单模光纤中，获得大于98%的单光子干涉和大于90%单光子路由控制；在长度为27和50km光纤环路中，分别获得大于94%和84%单 关键词： 单光子路由 单光子干涉 Sagnac单光子环形干涉仪 量子保密通信     

利用光纤中自发四波混频产生纠缠光子的实验装置

基于三阶非线性Kerr效应在光纤中产生非线性现象的理论,利用零色散位移光纤中的自发四波混频通过两种实验装置产生了纠缠光子：一种是采用脉冲光抽运由光纤构成的Sagnac光纤环;另一种是采用脉冲光直接抽运一段光纤.通过对不同装置下实验结果的比较,总结了产生高纯度纠缠光子所需的实验条件,并指出了两种装置各自的优缺点.这为研制适用于量子通信的全光纤纠缠光源和单光子源奠定了基础. 关键词： 纠缠光子 光纤 四波混频 量子通信     

全光纤量子通信系统中的高速偏振控制方案

偏振控制在光通信中是至关重要的技术, 关系着通信系统的稳定性和误码率. 本文提出一种基于双向Sagnac环工作方式的全光纤高速偏振控制方案, 通过调节环中一个光纤电光相位调制器的相位差而精确控制光场偏振方向, 并且实现了单个端口输出各种偏振态, 无需后续耦合操作. 相位控制精度为10^-3 rad, 最大消光比可达30 dB, 工作速率可达2 GHz. 由于本方案的精度、调制速度和稳定性都很高, 并采用了器件简单、成本低廉的全光纤光路, 易于集成, 在量子保密通信等光通信领域中有很好的应用前景. 关键词： 光纤偏振控制器 Sagnac环 量子通信     

利用Sagnac干涉仪实现光子轨道角动量分束器

光子轨道角动量量子态具有高维和光学涡旋特性, 在经典和量子领域展示出了巨大的应用潜力, 目前对其的研究已成为物理学的一个热点. 本实验研究了利用Sagnac干涉仪干涉的方法将具有不同轨道角动量的光束无破坏地分离到不同的路径, 即实现光子轨道角动量分束器. 实验中利用此分束器验证了对几种不同轨道角动量态(包含叠加态)的分离, 得到了与理论预期相符的实验结果. 这种对轨道角动量态的区分的方法相比已有的其他区分方法具有较好的稳定性, 而且可用于区分叠加态, 也可以达到单光子水平, 最重要的是实现了不同的轨道角动量本征态无破坏的与路径比特耦合. 这种新方法对高密度通信、量子纠缠、量子保密通信、量子计算与量子信息等方面有着重要的意义.     

基于双偏振分束器的量子密钥分发系统

提出了利用两个偏振分束器的量子密钥分发系统，有效地解决了相位调制器的偏振依赖性问题. 以1310nm波长在通信距离为25km的光纤中实现了高密钥生成率，干涉对比度99.4%. 有效密钥生成率大于0.6kbit/s, 误码率0.5%. 关键词： 量子密钥分发 偏振分束器 单光子干涉     

基于CdSe/ZnS量子点薄膜结构的高双折射光子晶体光纤的色散与损耗控制

基于有限元法,设计了一种六边形排列含CdSe/ZnS量子点薄膜结构的高双折射光子晶体光纤,分析了具有不同厚度CdSe/ZnS量子点薄膜光子晶体光纤的色散及损耗特性.结果表明,含CdSe/ZnS量子点薄膜结构的光子晶体光纤在x和y方向均存在基模.当泵浦光波长逐渐增加时,具有相同厚度CdSe/ZnS量子点薄膜光子晶体光纤的双折射值逐渐增大,x和y方向总色散先增大后减小且存在两个零色散点,损耗逐渐增大并在可见光波段趋近于零;具有不同厚度CdSe/ZnS量子点薄膜光子晶体光纤随CdSe/ZnS量子点薄膜厚度的增加,在相同泵浦光波长处,双折射值逐渐减小,x和y方向总色散逐渐减小且两个零色散点逐渐靠近,损耗逐渐增大.通过沉积不同厚度CdSe/ZnS量子点薄膜和选择合适泵浦光波长,可有效控制光子晶体光纤的色散和损耗.     

基于色散位移光纤的高宣布式窄带单光子源

文章利用脉冲激光抽运色散位移光纤,通过自发四波混频过程产生的关联光子对,实验演示了一种光通讯波段的窄带宣布式单光子源. 实验测得-3 dB带宽为1.1 nm单光子场的二阶关联函数g⁽²⁾(0)=0.09±0.01,宣布效率可达0.5以上. 这种单光子源在量子通信中有潜在的应用前景. 关键词： 宣布式单光子 光纤 自发四波混频 量子通信     

脉冲抽运光啁啾对全光纤量子关联光子对纯度的影响

信号与闲置光子波长均为1550 nm 通信波段的全光纤关联光子对源, 具有低成本以及可与现有光纤网络低损耗连接的特点. 进一步优化其纯度, 将有助于提高这种量子光源的实用化程度.当抽运脉冲光在光纤中传输时, 由于色散和Kerr非线性效应的影响, 会不可避免地引入啁啾. 本文利用脉冲激光抽运零色散位移光纤, 研究了抽运光啁啾对关联光子对纯度的影响. 结果表明, 通信波段小失谐关联光子对的纯度随啁啾的增大而下降. 若采用变换极限的锁模激光为抽运源, 将有助于抑制Raman散射对自发四波混频的影响, 提高光子对的纯度. 关键词： 关联光子对 光纤 自发四波混频 啁啾     

基于自相位调制和交叉相位调制的全光开关特性研究

提出一种优化含有掺铒光纤放大器的非线性Sagnac干涉仪全光开关的新方法,建立了基于自相位调制和交叉相位调制两种解析模型,讨论了掺铒光纤放大器的小信号增益和饱和输出功率对开关性能的影响.分析表明掺铒光纤放大器的性能参量对开关所需要的Sagnac环中光子晶体光纤长度产生限制.当采用相同长度的光子晶体光纤时,基于交叉相位调制方式的全光开关与基于自相位调制方式的全光开关相比能够显著降低开关功率.采用分布傅里叶法数值求解非线性薛定谔方程,优化了开关结构,讨论了重复频率为40 GHz脉宽为5 ps的高斯型信号脉冲在开关时沿Sagnac环的传输特性.模拟结果表明,通过合理选择高非线性光子晶体光纤长度和掺铒光纤放大器的性能参量能够实现超低开关功率（＜1 mW）的开关操作.     

光子晶体光纤的导波模式与色散特性

利用有效折射率方法基于标量近似理论对光子晶体光纤的传播模式和色散特性进行了数值模 拟，发现通过调节光纤包层的空气填充率或包层空气穴节距及其有效芯径可以在很宽的波长 范围实现单模传播，可以设计零色散波长小于1.27μm的光子晶体光纤和在较宽的波段接近 于零色散的色散平坦光纤，以及具有较大的正常色散值的色散补偿光纤. 关键词： 光子晶体光纤 有效折射率 标量近似 导波模式     

单光子纠缠态并发度的直接测量

通过分析光学分束器对单光子态的作用关系,提出了一个利用分束器和光子数探测器的单光子纠缠的直接测量方案.方案中用到单光子与空间模纠缠及其两个备份,并让它们通过一个50:50的分束器.选用并发度为纠缠度量,其可由单光子探测器的探测概率直接获得.此方案不需复杂的量子态层析方法,同时只用到在量子信息处理中常用的光学器件,增强了方案在实验上实现的可行性.     

超低温度系数的光子晶体光纤Sagnac压力传感器

 提出了一种基于光子晶体光纤Sagnac干涉仪的横向压力传感器。使用的光子晶体光纤为低双折射光纤,首先预先在Saganc环中的光子晶体光纤上施加初始压力,使Sagnac干涉仪产生正弦干涉光谱,然后再将被测物体放在光子晶体光纤上,由于被测物体重力的作用,Saganc干涉仪输出的光谱产生移动,实现横向压力传感测量。传感器具有高灵敏度0.529 nm/(N·mm)及超低的温度系数-0.4 pm/℃,其环境温度的影响可以忽略。     

基于低双折射光子晶体光纤Sagnac干涉仪的超低温度系数扭曲传感器

研究了低双折射光子晶体光纤中由光纤扭曲造成的圆双折射效应,并应用Sagnac干涉仪结构设计了扭曲传感器.在Sagnac环中的光子晶体光纤上施加机械压力引入初始线双折射并产生正弦干涉光谱,再扭曲光纤产生圆双折射使干涉光谱随扭曲角度移动.光谱峰值波长随扭曲角度变化符合Sinc函数关系,理论分析与实验相符.传感器灵敏度为1.00 nm/°,分比率为0.01°,并具有超低的温度系数-0.5 pm/℃.     

纠缠压缩真空态的纠缠转移

通过分析光学分束器对压缩真空态光场的作用,发现如果分束器的输入光是两束具有同样振幅和相位的单模压缩真空态光场,则输出光为双模压缩真空态光场;若分束器的输入光是两束具有同样振幅但有π相位差的单模压缩真空态光场,则输出光仍为两束单模压缩真空态光场.对于双模压缩真空态光场,每个模中容纳的光子数可以是基数或偶数.而对于单模压缩真空态光场,每个模中只能包含偶数个光子.根据这些结果,提出了一个纠缠转移的方案.在这个方案中,两个纠缠压缩真空态光场被用作量子信道,通过利用光学分束器作用和光子数探测的方法,并在经典通讯的帮助下,实现了三个通讯伙伴之间的纠缠转移.     

偏振模色散补偿中的偏振主态与分束器主轴的对准

光纤通信系统的比特率超过10Gb/s或更高时,偏振模色散引起的脉冲信号展宽成为主要障碍.分离光纤线路中的两个偏振模式对于提高偏振模色散补偿的精度和速度有重要意义.讨论了光纤线路中两偏振主态与补偿器中偏振分束器主轴的对准问题,给出了偏振分束器任何一个主轴上光强的表示并推导出相应的电功率信号表示式,建立了电功率与光信号两个模式之间的延迟时间以及偏振主态与分束器主轴相对角度的变化关系.初步实验表明,可以通过偏振控制器或可转动的光纤连接器实现偏振主态与偏振分束器的对准.     

基于光子晶体光纤的相位再生器的设计及优化

采用光子晶体光纤构成一个Sagnac环,在锁相本地振荡抽运源的驱动下,形成一个相位再生器,实现对差分相移键控调制信号的相位和幅度再生.理论推导了入射光信号经过相位再生器后的光场分布,讨论了不同入射信号光功率下,抽运光与信号光的相位差以及光子晶体光纤长度对信号功率增益的影响,给出了相位再生器的最优参数,数值模拟了信号再生前后的相位分布、强度分布及误码率,取得了很好的再生效果. 关键词： 光通信 相位再生 光子晶体 差分相移键控信号     

新型高双折射光子晶体光纤特性分析

将单模光子晶体光纤的空气孔设计成椭圆形增加其结构的不对称性,可以破坏模式中两偏振态的简并,达到实现双折射特性的目的.据此,提出了一种新型的高双折射光子晶体光纤.该模型通过在纤芯引入两个小空气孔以及将包层的第一环和中间一行变为椭圆空气孔来造成光纤模式的不对称性,获得了高双折射特性.之后对该结构的色散特性及模场面积等特性进行了数值模拟,并且讨论了外包层空气孔的几何参数改变对于该模型色散特性的影响.采用全矢量平面波展开法,并且以完美匹配层作为边界条件对该结构光子晶体光纤的上述特性进行分析.结果表明,该结构光子晶体光纤可以在较宽的波长范围内产生10-3量级的模式双折射,并且从1 100～1 800nm范围内具有平坦色散特性,同时具有小模场面积特性.为基于超平坦色散、高双折射和高非线性光子晶体光纤的光纤器件的制作和应用提供理论基础.     

单轴分布式光纤传感器管线泄漏探测方法及定位理论分析

利用Sagnac干涉原理的分布式光纤传感器是一种可用于长途油气管线侵入、泄漏探测和定位的新技术.为了克服屏蔽和隔离Sagnac光纤环中未用作传感的那一半光纤所带来的屏蔽困难、成本增加等问题，提出一种单轴分布式光纤传感器的方法.其原理是利用一条光纤代替光纤环，并在光纤尾端设置法拉第旋转镜，构成偏振无关Sagnac干涉仪探测和定位管线泄漏.文中详细分析和讨论了该方法的系统光路和探测定位原理.     

带有对称啁啾光纤光栅的Sagnac环滤波器

通过在光纤Sagnac环中引入对称啁啾光纤光栅,对带有光纤光栅的Sagnac环梳状滤波器进行了改进,克服了原有滤波器工作带宽小、通带间隔不等的缺点.通过对光栅参量进行适当设计,在中等折射率调制度下,可使光栅同时具有高反射率和大反射带宽,结合Sagnac环可得到大带宽、等间隔梳状滤波器.     

基于低双折射光子晶体光纤Sagnac干涉仪的超低温度系数扭曲传感器

研究了低双折射光子晶体光纤中由光纤扭曲造成的圆双折射效应,并应用Sagnac干涉仪结构设计了扭曲传感器.在Sagnac环中的光子晶体光纤上施加机械压力引入初始线双折射并产生正弦干涉光谱,再扭曲光纤产生圆双折射使干涉光谱随扭曲角度移动.光谱峰值波长随扭曲角度变化符合Sinc函数关系,理论分析与实验相符.传感器灵敏度为1....