共振增强的光学参变下转换

多光子纠缠态是量子通讯网络中的重要资源,光与二阶非线性介质相互作用的自发参变下转换过程是目前制备多光子态较成熟的方案之一.尽管脉冲光可以提高非线性转换效率并简化通信协议,但是进一步增强光与介质间的相互作用对提高多光子的产生效率依然必要.设计了飞秒脉冲激光谐振腔系统,在不改变脉冲重复频率和频率梳结构的情况下,提高了下转换...     

自发参量下转换实现量子非线性逻辑操作方案

自发参量下转换作为一种重要的非经典光场的产生过程,在基础量子光学实验研究、量子通讯、量子计算等领域有着重要的应用.由于参量过程产生的光场具有单光子量子统计特性,在量子通讯中,在提高信息容量,确保信息安全,避免通讯传输过程中的信号窃取等方面具有经典信息无法比拟的优越性.利用I类BBO晶体作为参量下转换,实验上研究了425 nm飞秒脉冲泵浦的下转换光的量子统计分布,并提出了实现量子非线性逻辑门的可行性方案.     

光学学报量子光学及光量子技术

正量子光学是研究光的量子性质,包括光辐射的产生、相干统计性质、传输、检测以及光与物质相互作用中的量子效应的一门学科,主要探究光场的各种复杂多变的量子行为及其物理本质,解释光场(光子)与物质(原子、分子或者离子)相互作用的各种动力学特性以及与物质相互作用的基本特征、机理、规律等。近年来,     

基于Tavis-Cummings模型实现非定域三原子系统量子特性的远程控制

运用全量子理论并结合数值计算方法,研究了三个二能级原子系统的量子特性。初始三原子处于W纠缠态,让其中的两原子A、B与相干态光腔场发生共振作用,经腔QED演化以后,对原子进行Bell基测量,通过调节相干态光场的强度和原子间的偶极相互作用,来控制腔外原子C的布居差演化;对相干态光场进行光子探测,通过改变探测到的光子数、相干光场参量和原子间偶极相互作用,来控制腔外原子C的偶极压缩,最终实现了远程操纵腔外原子非经典特性的目的。     

与原子相互作用的相干光场的相位涨落和相干性的时间特性

根据Pegg-Barnett的相位理论和Glauber的光场相干性的量子理论,用dressed-atom态方法,研究了理想腔中与二能级原子相互作用的相干光场的量子相位涨落、量子相干性和光子数分布的时间特性。计算结果表明:在原子与光场的共振相互作用情形,原子的作用就象一个非线性滤波器;在描述光场的非相干性方面,光场的量子相位特性与量子相干性也是并协的。 关键词：     

克尔介质中纠缠光与三能级原子作用的光子统计

采用求解薛定谔方程和数值计算方法,研究了克尔介质中双模纠缠相干光场与三能级原子相互作用系统的光子统计性质,分析了双模纠缠相干光场的纠缠程度、克尔介质与光场的耦合强度、双模光的平均光子数和原子基态概率幅对光子统计性质的影响。结果表明：双模纠缠相干光场的纠缠程度对光子统计性质没有明显的影响;克尔效应增强使光子统计性质的时闻演化曲线的振荡频率变大、振荡幅度变小;当保持场模1的平均光子数不变而场模2的平均光子数变小时,光子统计性质的时间演化曲线的振荡幅度变大。     

非线性相干态光场与二能级原子相互作用的量子特性

借助于数值计算方法, 研究了非线性相干态光场与一个二能级原子相互作用过程中原子的布局反转、 光子的反聚束效应以及光场振幅平方压缩的时间演化特性, 并讨论了光场参量α、原子的初始状态以及非线性相 干态Lamb-Dicke参数η对该相互作用系统量子特性的影响.     

量子点腔系统中抽运诱导受激辐射与非谐振腔量子电动力学特性的研究

从量子点和腔相互作用的哈密顿量出发,利用包括非相干抽运,退相干项主方程,并结合量子回归定理,考虑相关初始条件,理论推导和数值计算相结合得出量子点多光子发射光谱精确数值结果.分析多光子发射光谱(费米子统计)和相应单光子情况(玻色子统计)时,得到依据费米子统计,退相干和热浴模型的多光子发射光谱同最近文献[22]量子点——微柱腔实验结果符合得非常好.结合理论和当前实验,显示了量子点腔系统中抽运诱导受激辐射和非谐振腔量子电动力学. 关键词： 量子点 微腔 受激辐射 发射光谱     

基于量子测量的Fock态制备和自相位调制的影响

提出一种制备Fock态的新方案研究在包含有自相位调制的Kerr介质中两束光的相互作用,信号光场和探测光场初始处于相干态,经由非线性相互作用后演化成为纠缠态.若对探测光场的正交位相分量实行第一类量子测量,信号光场的光子数分布会受到调制.重复上述过程,发现信号光场最终演化成为一个纯的Fock态.这种制备Fock态的原理是基于互相位调制,而自相位调制则起着阻碍Fock态形成的作用.     

三能级电磁感应透明中辐射场的量子统计特性

对Λ型三能级原子电磁感应透明（EIT）过程中辐射场的二阶相干度进行了研究。理论分析表明，在电磁感应透明系统中，由于原子的相干效应导致其上能级共振荧光场的二阶相干度将呈现单光子场的量子统计特性。并对其随耦合场强度和探测光失谐的变化进行了详细的分析和讨论，结果发现：在｜Ω｜〉（Γ2＋Γ3）／2情况下．采用较弱的耦合光功率（由托比频率Ω表征）及较大的探测光失谐，在较长时间延迟范围内，二阶相十度保持小于1，更利于实现非经典场的量子统计行为；相反，在｜Ω｜≤（Γ2＋Γ3）／2情况下，探测光的失谐量越小，越利于获得二阶相干度小于1的量子统计光场。南此可见选取合适的参量可优化电磁感应透明过程中单光子场的量子统计特性。     

两模腔中的参量上转换和下转换

提出了一种通过建立双线性二次哈密顿量在量子腔中实现参量上转换和下转换的方案.通常在非线性过程中,介质本身不参与能量的净交换,但光波频率可以发生转换的作用称为参量转换作用.此方案建立在一个四能级原子同时与两经典场和两量子场相互作用的基础上,理论属于非线性光学四波混频范畴.将原子制备在合适的能级上,经典光场与相应的能级发生共振,而同时量子光场与相应的能级产生大失谐相互作用,在强相互作用区域内,原子和腔场失耦合,进而实现腔模的参量转换.根据所制备初始能级的不同以及光场激发能级的差异,分别实现了参量上转换和参量下转换.在利用参量下转换制备压缩算符后,对实验的可行性进行了讨论,并且给出了理论值.结果表明：在级联三能原子中采用一个级联双光子过程代替了原来的两个偶极禁戒跃迁间的经典驱动,可以保证高的不同频率之间的转换效率,并且用于光的量子操控和量子信息处理.     

极化激元系统时间演化的量子涨落特性和非经典统计行为

将极化激元系统约化成模型单模光子-TO声子有效相互作用系统， 在此基础上以解析形式讨论了系统的力学量、压缩态、量子涨落特性以及亚泊松分布等非经典效应的动力学演化行为.结果表明，光子场与极化波量子场彼此交换能量过程随时间演化呈振荡性质，光子场和声子场都可以演化成压缩态，其二阶压缩度随时间演化成复杂周期振荡特性，这种非经典特性是非线性相互作用的结果并且以k₁项和k₂项同时存在并相互关联为前提.而此时光子和声子统计分布随时间演化呈现介于超Poison分布和亚Poison分布之间复杂周期振荡的新结果，非线性作用k₁项和k₂项对这种非经典统计行为都有贡献. 关键词： 极化激元系统动力学演化 单模光场-TO声子有效模型哈密顿量 量子涨落与压缩态 亚泊松分布     

利用高非线性光纤产生量子关联光子对的实验研究

光纤中基于三阶(克尔)非线性效应的自发四波混频是制备量子关联光子对的有效方法之一。若采用商售高非线性光纤作为产生光子对的非线性介质,则有利于减小所需光纤的长度,从而缩小实验装置体积并降低对于抽运源的要求。利用脉冲光抽运20m的高非线性光纤产生通讯波段的频率近简并关联光子对,研究了光纤的弱双折射特性对于光子对产生的影响。当抽运光沿高非线性光纤的偏振轴入射时,具有最大的光子对产生效率,且光子对绝大部分与抽运光偏振平行;抽运光沿与光纤偏振轴45°入射时,光子对的产生效率最小,约为最大值的80%。     

多模简并多光子Tavis-Cummings模型中的量子纠缠特性(英文)

利用冯·纽曼约化熵理论研究了多模相干态光场与两等同二能级原子简并多光子相互作用系统量子纠缠演化特性,得到了多模光场量子纠缠的解析表达式,并给出了双模光场与两原子相互作用时量子纠缠的数值计算结果.结果表明:量子纠缠随着光子简并度的增大而增强;随着初始平均光子数的增加,量子纠缠演化的周期性变得越来越明显;当场与原子远离共振时,量子纠缠随着频率失谐量的增大而减弱;当失谐量足够大时,场与原子几乎总是处于纠缠状态.这些结论对于纠缠态或纯态的制备及获取光学系统中的量子信息研究中有一定参考价值.     

多模简并多光子Tavis-Cummings模型中的量子纠缠特性

利用冯·纽曼约化熵理论研究了多模相干态光场与两等同二能级原子简并多光子相互作用系统量子纠缠演化特性,得到了多模光场量子纠缠的解析表达式,并给出了双模光场与两原子相互作用时量子纠缠的数值计算结果.结果表明:量子纠缠随着光子简并度的增大而增强;随着初始平均光子数的增加,量子纠缠演化的周期性变得越来越明显;当场与原子远离共振时,量子纠缠随着频率失谐量的增大而减弱;当失谐量足够大时,场与原子几乎总是处于纠缠状态.这些结论对于纠缠态或纯态的制备及获取光学系统中的量子信息研究中有一定参考价值.     

量子纠缠实验中SPDC光谱分布的计算分析与实验研究

理论分析了量子纠缠教学实验中用于纠缠光子对产生的Ⅱ类自发参量下转换(SPDC)光场的光谱分布特征,通过数值模拟给出403nm连续激光光源通过BBO晶体产生的Ⅱ类SPDC光场信号光分布曲线.据此设计了SPDC过程产生的806nm光子分布测量实验,实验结果与模拟结果一致.     

非旋波近似下两个二能级原子与单模光场相互作用的非经典性质

利用全量子理论,研究了非旋波近似下两个二能级原子与单模光场相互作用过程中光场所表现出的非经典性质,揭示了虚光子过程对场的平均光子数和二阶相干度的影响,并讨论了光场频率及原子间耦合系数的变化与场的平均光子数和二阶相干度的关系.     

频率变化的光场对双光子过程中量子纠缠的调控

运用量子信息熵理论研究了二能级原子与频率随时间变化的相干态光场作用的双光子过程中纠缠度演化,主要讨论了光场频率随时间作正弦调制和脉冲调制两种情况下,纠缠随时间的演化特性. 当光场频率随时间作正弦调制时,原子与光场的纠缠度明显增大,并保持高纠缠度. 通过改变光场频率调制的频率β和振幅α,发现原子与光场纠缠度的演化过程对调制的振幅更加敏感. 当光场频率随时间作脉冲调制时,在纠缠度最大值处开始加脉冲比在最小值处加脉冲能够更快、更容易实现原子与光场纠缠度的提高和稳定. 脉冲调制的突变使 关键词： 纠缠 场熵 相干态 双光子Jaynes-Cummings模型     

混沌光场光子统计分布及二阶相干度的分析与测量

利用通信波段双通道单光子探测器,采用Hanbury Brown-Twiss关联测量方案,理论分析并实验测量了光反馈半导体激光器产生的混沌光场的光子统计分布及不同混沌状态光场的二阶相干度.通过对混沌光场二阶相干度g~((2))(τ)的理论分析,得出随着延迟时间和相干时间的变化,其与相干光、热光及单光子态的二阶相干度可明显区分并呈现出不同分布.同时实验上产生了频谱宽度6.7 GHz的混沌光场,测量了不同光子数分布的结果,并用高斯随机分布、泊松分布、玻色-爱因斯坦分布对光子数分布进行理论拟合,发现随着入射平均光子数的增加,光子数分布从玻色-爱因斯坦分布过渡到泊松分布,但整个过程都与高斯随机分布符合较好,且光场的二阶相干度g~((2))(0)由2降至1.通过改变偏置电流(I=1.0Ith-2.0Ith)和反馈强度(0—10%),实验上研究了混沌光场由低频起伏到相干塌陷的过程中不同状态宏观动力学特性与二阶相干度的对应关系.结果表明:混沌光场在此过程中始终呈现出明显的聚束效应,并在频谱宽度最大时达到最强;同时给出了光子计数测量中聚束效应减弱的物理原因.实验表明该系统及方法能很好地揭示不同状态混沌光场的光子统计特性.     

Bell态原子与双模纠缠相干光场双光子相互作用系统的量子纠缠

运用全量子理论和数值计算的方法,借助于原子的量子约化熵研究了初始处于Bell态|β00>和| β10>的两原子与双模纠缠相干光场双光子相互作用系统中两原子与双模光场之间纠缠的演化特性.分析了光场强度、光场纠缠度及原子间相互作用强度对原子熵演化特性的影响.结果表明:随着双模光场的平均光子数的增大,原子熵的时间演化曲线逐渐变为规则振荡;增大原子间的相互作用强度,原子熵的振荡频率和振幅都减小;改变双模光场的纠缠度,原子熵的振荡频率和振幅都不发生改变.