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。     

两腔级联纠缠增强的理论分析

高纠缠度的纠缠源是实现高保真度量子信息传输与处理的保障,因为受到光学元器件自身性能不完美的限制,通过有效的操控手段来提高光场的纠缠度是十分必要的.连续变量Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场可以利用工作在阈值以下的非简并光学参量放大器来获得.将两个非简并光学参量放大器级联,可以利用第二个光学腔来操控第一个光学腔输出的纠缠态光场,在一定条件下实现光场的纠缠增强.本文通过理论分析设计出两种光学腔级联的实验系统,其中,纠缠产生装置采用具有三共振结构的半整块驻波腔,输出到目前为止世界上单腔获得两组份纠缠态光场纠缠度的最高值,操控光学腔采用驻波腔或四镜环形腔的结构.详细对比分析了不同结构的操控腔对纠缠增强效果的影响,得出利用不同腔形作为操控腔的最佳实验方案.同时分析了级联腔输出光场的纠缠度随不同物理参量的变化关系,得出进一步优化的最佳实验系统参量,为实验获得更高纠缠度的纠缠态光场提供了依据.     

相干反馈控制实现两组份纠缠态光场纠缠增强

两组份纠缠态光场是量子信息和量子计算的基本资源,随着研究的深入发展,为了完成更高效的量子信息处理,必须首先获得高纠缠度的两组份纠缠态光场。而通过操控实现纠缠光场纠缠度增加是目前提高纠缠光场质量的一个行之有效的办法。相干反馈控制由于不会带入额外噪声至光学参量系统的特点已经被实验证明可以用于压缩态光场压缩度的增强。理论计算增加了相干反馈系统的非简并光学参量放大器输出的两组份纠缠态光场的量子关联噪声与各系统参数的关系,并详细分析了各参数对相干反馈纠缠增强的影响,为进一步获得更高纠缠度的两组份纠缠态光场提供参考。     

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。     

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。     

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     

相干反馈相位对腔光力系统中正交模劈裂的影响

强耦合是腔光力系统用于产生和观察许多宏观量子现象（如光力压缩态和纠缠态等）的基本条件，系统进入强耦合的明显标志是正交模劈裂。本文理论分析了加入光学参量放大器和相干反馈的光力系统中的正交模劈裂现象，并讨论分析了反馈回路的光学相位对正交模劈裂的影响。在不同参数情况下，如光学参量放大器参量增益、反馈分束器的反射系数和输入光功率等，模式位置和线宽随相移的变化。结果表明：在其他参数一定时，通过调节反馈相位，初始无模式劈裂的系统随相位变化出现模式劈裂并达到最大的模式间隔，从而从弱耦合进入强耦合状态。而且，多个参数的协同调节，可有效提高模式劈裂的程度。该研究为实验上增强光力耦合强度的实验调节提供了方便，可广泛用于光力系统的弱力灵敏探测以及宏观量子态产生与测量等。     

基于含楔角非线性晶体的高纠缠度纠缠源

连续变量Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场可由工作在阈值以下的非简并光学参量放大器获得,输入耦合镜、输出耦合镜及非线性晶体等光学元件对于偏振方向相互垂直的两束光场的镀膜参数存在差异,具体表现为输出耦合镜的光学镀膜对偏振方向相互垂直的输出光场的透射率不同。结合实验,详细讨论了镀膜参数差异对纠缠度的影响,为进一步提高纠缠态光场的纠缠度提供了参考。     

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。     

非线性光机械系统中的双稳性与纠缠

在含有克尔介质和光学参量放大器(OPA)的光机械系统中,腔中的光学双稳性与纠缠特性会受到这两种介质较大的影响。当调节非线性晶体与腔场的耦合常数时,OPA晶体的非线性增益对系统的双稳性影响与入射光强度对双稳性的影响是相似的,然而克尔介质的三阶非线性系数对系统双稳性却有着明显不同的影响。对系统纠缠特性的研究结果表明:OPA晶体的非线性增益系数对腔场与振动镜之间的纠缠有着增强的作用,而克尔介质的三阶非线性系数对纠缠却有着减弱的效果。     

The propagation characteristic of the EPR entanglement for a composite non-degenerate parametric optical amplification system

This paper applies the minimum variance V₁ criterion to monitor the evolution of signal and idler modes of a composite non-degenerate optical parametric amplification (NOPA) system. The analytics and numerical calculation show the influence of the transition time, the vacuum fluctuations, and the thermal noise level on the EPR entanglement of the composite NOPA system. It finds that the entanglement and the squeezing degrade as the minimum variance V₁ increases.     

The influence of laser fluctuations on entanglement generation in a non-degenerate parametric amplifier

We consider the effects of the phase and the amplitude fluctuations of the pump field upon the entanglement generation in a non-degenerate optical parametric amplifier. We show that the entanglement between the signal and idler modes in a NOPA system are suppressed by these fluctuations. Our results also show that entanglement is more sensitive to phase fluctuations than to amplitude fluctuations.     

Tunable visible and near-infrared pulse generator in a 5 fs regime

Transform-limited (TL) visible pulses with as short a duration as 4.7 fs with a 5 7J pulse energy have been generated for the first time from a novel noncollinear optical parametric amplifier (NOPA). Both signal-idler group-velocity matching and pulse-front matching are essential to generate coherent down-converted pulses compressible to the TL pulse with more than a 150-THz bandwidth. Tunable operation with bandwidth-limited sub-10-fs pulses in the visible (550-700 nm) and near-infrared (900-1300 nm) ranges, achieved by increasing the seed chirp, is also a remarkable property. The NOPA is believed to be on useful light source for ultrafast spectroscopy on an extremely short time-scale.     

与794nm飞秒激光精确同步的无直流背底的1064nm脉冲光的产生

基于非共线光参量放大(NOPA)，以宽带794nm飞秒激光的倍频光为抽运光，以连续的He-Ne激光为信号光，产生了与宽带794nm飞秒激光精确同步的无直流背底的1064nm的脉冲光.实验结果显示该1064nm的光脉冲可作为光参量啁啾脉冲放大系统的抽运激光链的种子光，从而实现用全光学方法实现OPCPA系统抽运光和信号光的精确同步.还将非共线光参量放大器置于经特殊设计的He-Ne激光腔内，也同样成功得到了无直流背底的1064nm的光脉冲.经一次光参量放大后所得到的1064nm光的光谱和空间啁啾特性与非共线光参量放大器置于He-Ne激光腔外时得到的1064nm的光脉冲相同，而其单脉冲能量约为腔外NOPA的10倍. 关键词： 非线性光参量放大 光参量啁啾脉冲放大 时间同步     

Einstein——Podolsky——Rosen entanglement in time-dependent periodic pumping non-degenerate optical parametric amplifier

The solution of the time-dependent periodic pumping non-degenerate optical parametric amplifier (NOPA) is derived when the pump depletion is considered both above and below thresholds. Based on this solution, the quantum fluctuation calculated shows that a high entanglement and a good squeezing degree of the parametric light beams are achieved near and above thresholds. We adopt two kinds of pump fields: (i) a continuously modulated pump with a sinusoidal envelope; (ii) a sequence of laser pulses with Gaussian envelopes. We analyse the time evolution of continuous variable entanglement by analytical and numerical calculations, and show that the periodic driven pumping also improves the degree of entanglement. The squeezing and Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) entanglement by using the two pumping driven functions are investigated from below to above the threshold regions, the tendencies are nearly the same, and the Gaussian driven function is superior to that of the sine driven function, when the maximum squeezing and the minimum variance of quantum fluctuation are considered. In the meantime, the generalization of frequency degenerate OPA to frequency non-degenerated OPA problem is investigated.     

原子系综中光学腔增强的Duan-Lukin-Cirac-Zoller写过程激发实验

原子系综中的Duan-Lukin-Cirac-Zoller(DLCZ)过程是产生光与原子(量子界面)量子关联和纠缠的重要手段.当一束写光与原子发生作用时,将会产生斯托克斯(Stokes)光子的自发拉曼散射,并同时产生一个自旋波(spin-wave)存储在原子系综中,上述过程即为DLCZ量子记忆产生过程.这一过程被广泛地研究.本文将87Rb原子系综放入驻波腔,并使Stokes光子与光学腔共振,我们观察到有腔且锁定的情况下Stokes光子产生概率比无腔时增大了8.7倍.在此条件下研究了Stokes光子产生概率和写光功率的关系,Stokes光子产生概率随写光功率线性增大.     

Using coherent feedback loop for high quantum state transfer in optomechanics

We investigate the coherent feedback loop scheme to improve the quantum correlations transfer from optical to mechanical degrees of freedom in a double cavity optomechanical system. We use the Duan criterion to determine the separability of the two-mode mechanical states. The logarithmic negativity is employed to quantify the amount of the entanglement between mechanical modes in steady and dynamical regimes. We show that the entanglement can be significantly enhanced by a coherent feedback using a suitable tuning of the reflectivity parameter of the beam splitter located in each cavity. We also show that this enhancement is influenced by the temperature, the light squeezing parameter and the gain of the parameter amplifier. The entanglement dynamics in presence of the coherent feedback loop is also analyzed.     

弱相干场耦合腔系统中的纠缠特性

研究由三个全同的二能级原子与耦合腔构成的系统, 考虑腔场处于弱相干态的情况. 采用Negativity熵度量两子系统间的纠缠, 利用数值计算方法研究了两个原子之间和两个腔场之间的纠缠性质. 讨论了腔场间的耦合系数和腔场的强度对纠缠特性的影响. 研究结果表明: 随光场强度增大, 原子间纠缠和腔场间纠缠均增强. 另一方面, 随耦合腔的耦合系数增大, 两原子间的纠缠减弱, 腔A和腔B间的纠缠增强; 而腔B和腔C间的纠缠, 以及腔A和腔C间纠缠与腔场间的耦合系数间存在非线性关系.     

三纠缠原子与双模腔场相互作用系统的纠缠演化特性

研究了初始处于GHZ态的三个两能级原子与双模腔场相互作用系统的纠缠动力学特性,得到了并发度和线性熵的解析表达式.讨论了腔场初始纠缠度对腔内两原子之间纠缠的影响,对其余子系统求迹后结果表明腔内两原子之间的纠缠出现突然产生现象,腔内两原子之间产生纠缠的阈值时间和最大值依赖于双模腔场初始纠缠度;并且发现腔内两原子子系统和腔外原子与场子系统之间在整个的时间演化过程中一直保持着纠缠状态.