泵浦光强度对纠缠光子品质的影响

纠缠源亮度和品质直接决定其作为量子信息处理资源的应用价值,研究参量转换过程中纠缠对的产生效率和品质随泵浦激光强度的变化关系对制备高品质纠缠源具有基础意义．利用参量下转换、极化后选择和符合计数技术,制备了Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)偏振纠缠态．研究了泵浦激光强度对纠缠光子产生效率、对比度和保真度的影响．结果表明,随泵浦激光强度增大,纠缠对产生效率保持不变,也即纠缠源亮度随激光强度增大而线性增大;纠缠光子的对比度、保真度随激光功率增大而下降．     

频率非简并第I类自发参量下转换纠缠光子对量子特性

理论研究了频率非简并第I类自发参量下转换过程中产生的纠缠光子对的量子特性,且与频率简并的情况做了对比.通过纠缠光子对的联合谱强度分析了纠缠光子对的光谱特性及纠缠特性;通过洪-区-曼德尔干涉仪和马赫-曾德尔干涉仪分析了纠缠光子对的量子干涉特性.结果表明:脉冲泵浦作用下,由于频率非兼并使得相位匹配函数不对称,导致两纠缠光子可区分,量子干涉可见度减小.随着泵浦脉冲频宽的增加,这种效应更加明显.连续激光泵浦时,相位匹配函数是对称的,得到最大的纠缠度和量子干涉可见度.该研究为频率非简并纠缠光子源在各种量子信息方案中的应用提供理论指导.     

六光子超纠缠态制备方案

自发参量下转换对应于一种非线性光学过程, 实验上作为一种标准方法, 人们利用自发参量下转换源产生纠缠光子对. 本文考虑由自发参量下转换源产生三对纠缠光子的情况. 通过使用由几组偏振光 束分束器、分束器和半波片等线性光学器件组成的量子线路演化三对光子, 给出了一个高效制备 包含偏振纠缠和空间纠缠的六光子超纠缠态方案. 因为方案中包含了参量下转换源产生三对纠缠光子 的所有可能情况, 所以本方案有很高的效率. 基于弱非线性介质构建了一个量子非破坏性测量装置, 用于区分光子在两指定的空间模中的两种分布情况. 特别地, 方案中可以通过合理约束在量子非破坏性测量过程中引入的非线性强度来达到实际实验所限定的数量级, 因此, 该方案易于在实验上实现.     

基于自发参量下转换源二阶激发过程产生四光子超纠缠态

目前,多光子纠缠态的制备大多通过线性光学器件演化自发参量下转换一阶激发过程产生的纠缠光子对得到.本文考虑由自发参量下转换源二阶激发产生四个不可区分的纠缠光子制备四光子超纠缠态的情况.通过几组分束器、半波片和偏振分束器等线性光学器件设计量子线路演化四光子系统,结合四模符合探测,可得到同时具有偏振纠缠和空间纠缠的四光子超纠缠态.     

基于周期极化KTiOPO4晶体的高亮度纠缠源研制

量子纠缠是量子信息领域的核心资源,目前利用β型硼酸钡(BBO)晶体参量下转换制备的纠缠光子对的亮度较低,它直接制约了量子通信的最远距离,已无法满足星地实用化量子通信的发展需求.利用周期极化KTiOPO4晶体,采用准相位匹配技术设计产生了一种后选择的纠缠源,测得的符合计数达到了16×103s-1 mW-1,极化对比度达到27∶1,在亮度上比基于BBO的量子纠缠光源提高了一个数量级以上.这一高亮度的纠缠源可以广泛应用于量子密钥分发、量子隐形传态以及量子计算等新兴量子信息领域,为实现全球化量子通信提供了有力的保障.     

泵浦光的入射角对参量下转换的影响

利用参量下转换制备相关光子实现对各类探测器的量子效率的定标,是近年来兴起的新型定标技术。由于参量下转换的光子转换效率低,探测器输出信号信噪比小。采用短波激光器泵浦PPLN周期极化性晶体,可获得较大功率的参量光。分析了泵浦光在PPLN晶体端面的入射角对参量光的转换效率、空间分布、参量带宽及晶体周期的影响,并进行了数值模拟。分析发现当泵浦光正入射晶体端面时,参量光功率转换大,带宽小,发散角大;随着泵浦光入射角度逐渐增大,参量下转换的转换效率降低,相关光子的带宽变小,发散角变小且参量光的中心波长的空间位置会发生相对偏移。该研究结果可为相关光子探测、模拟探测器量子效率的高精度定标提供理论依据。     

飞秒激光泵浦Ⅰ类BBO晶体中自发参量下转换的研究

实验研究了飞秒脉冲激光泵浦Ⅰ类BBO晶体中自发参量下转换效应,以及产生的彩色锥形辐射现象.系统分析了各参量对二次谐波转换效率及彩色锥形辐射现象的影响.研究结果表明:蓝绿色锥形辐射具有最大的发散角,这与相位匹配理论模拟结果吻合;正入射时,增大泵浦光强及晶体厚度均会引起彩色锥形辐射亮度增加,且最大出射角中心波长往长波移动;...     

基于KTP晶体的斯塔克啁啾快速绝热通道波长转换

通过近似类比原子绝热布居理论,建立了基于KTP晶体的斯塔克啁啾快速绝热通道理论的波长转换模型,系统研究了晶体耦合调制中的耦合迟延参数和宽度参数、泵浦强度、温度、入射波长等因素对转换效率的影响.结果表明在KTP晶体中能实现入射光能量到出射光能量近乎完全的转换,同时转换过程中中间光能量保持极低.离最优晶体耦合调制参数越远,转换效率越低.转换效率先随泵浦强度的增大不断增大,当转换效率达到最大值,增大泵浦强度对转换效率几乎无影响.温度和入射波长的变化对转换效率影响较小.研究结果表明基于KTP晶体的斯塔克啁啾快速绝热通道理论的波长转换具有很好的鲁棒性.该研究可为紫外到中红外光源的获取以及光子器件的制造提供理论依据.     

飞秒激光泵浦I类BBO晶体中自发参量下转换的研究

实验研究了飞秒脉冲激光泵浦I类BBO晶体中自发参量下转换效应,以及产生的彩色锥形辐射现象.系统分析了各参量对二次谐波转换效率及彩色锥形辐射现象的影响.研究结果表明:蓝绿色锥形辐射具有最大的发散角,这与相位匹配理论模拟结果吻合|正入射时,增大泵浦光强及晶体厚度均会引起彩色锥形辐射亮度增加,且最大出射角中心波长往长波移动|不同光束偏振态下可依次观察到彩色锥形辐射、超连续现象.     

飞秒激光泵浦I类BBO晶体中自发参量下转换的研究

实验研究了飞秒脉冲激光泵浦I类BBO晶体中自发参量下转换效应,以及产生的彩色锥形辐射现象.系统分析了各参量对二次谐波转换效率及彩色锥形辐射现象的影响.研究结果表明:蓝绿色锥形辐射具有最大的发散角,这与相位匹配理论模拟结果吻合;正入射时,增大泵浦光强及晶体厚度均会引起彩色锥形辐射亮度增加,且最大出射角中心波长往长波移动;不同光束偏振态下可依次观察到彩色锥形辐射、超连续现象.     

利用自发参量下转换产生795nm关联光子对的实验研究

本文进行了自发参量下转换(SPDC)产生795nm关联光子对的实验研究。选择Ⅱ类PPKTP晶体作为非线性介质,用倍频获得的397.5nm紫光作为泵浦光。在实验上首先通过符合计数测量了紫光单次穿过PPKTP晶体时SPDC过程产生的光子对亮度,当泵浦光功率为5mW时,测得符合计数为53 150/s。然后将下转换过程放入光学谐振腔中,对下转换光子的线宽进行压窄。实验上测得下转换光子对的关联时间为14.6ns,对应线宽约为15MHz。本文为纠缠光子对在Rb原子系综中的存储提供了实验基础。     

泵浦光波形和脉宽对飞秒激光对比度的影响

 采用宽带数值模型，应用四阶龙格-库塔数值算法对三波耦合方程进行数值分析，研究了泵浦光的波形和脉宽在提高光参量啁啾脉冲放大系统输出飞秒激光对比度的作用。结果表明：在泵浦光脉宽较小的条件下，采用平滑的泵浦光波形更有利于提高飞秒激光对比度；在泵浦光脉宽较宽时，飞秒激光对比度得到很好地提高，而对泵浦光波形不敏感；但继续提高泵浦光脉宽并不能进一步改善飞秒激光对比度，而系统的转换效率却显著降低。     

基于周期极化KTiOPO$lt;sub$gt;4$lt;/sub$gt;晶体的高亮度纠缠源研制

量子纠缠是量子信息领域的核心资源,目前利用β型硼酸钡（BBO）晶体参量下转换制备的纠缠光子对的亮度较低,它直接制约了量子通信的最远距离,已无法满足星地实用化量子通信的发展需求.利用周期极化KTiOPO₄晶体,采用准相位匹配技术设计产生了一种后选择的纠缠源,测得的符合计数达到了16×10³s^-1 mW^-1,极化对比度达到27∶1,在亮度上比基于BBO的量子纠缠光源提高了一个数量级以上.这一高亮度的纠缠源可以广泛应用于量子密钥分发、量子隐形传态以及量子计算等新兴量子信息领域,为实现全球化量子通信提供了有力的保障. 关键词： 纠缠态 准相位匹配 4晶体')" href="#">周期极化KTiOPO₄晶体     

基于相关光子的单光子探测器量子效率测量系统

为准确测量近红外波段单光子探测器量子效率,搭建了基于自发参量下转换效应的测量系统.系统利用中心波长为518nm的脉冲激光泵浦周期极化磷酸氧钛钾晶体,通过自发参量下转换过程产生相关光子对,分别测量了Si和InGaAs雪崩光电二极管单光子探测器在778nm和1 550nm波长点的量子效率,并对测量不确定度进行了分析.实验表明,该装置可以测量近红外单光子探测器量子效率参量,测量不确定度均优于1%.     

用周期性极化介质制备高亮度纠缠光源

在量子信息中,纠缠源处于十分重要的地位.目前常用的产生纠缠光源的方法是用自发参量下转换过程产生的双光子态,但其效率很低,一般需要高功率激光器泵浦.本文将用周期性极化介质,在低功率泵浦下获取高亮度的纠缠光源.由于采用了准位相匹配技术能有效的利用较高的非线性系数,加上周期性的结构,使得转换效率大大提高.实验上我们发现其转换效率较之传统的块状晶体得到了极大的改善,有数量级的提高!     

周期极化铌酸锂中通信波段纠缠双光子的波长管理方法

理论研究了周期极化铌酸锂晶体中通过自发参量下转换产生的纠缠双光子的波长管理方法.简并自发参量下转换产生的单色偏振纠缠双光子的波长,可以通过调整晶体的极化周期或工作温度自由地调节,特别是在加工好的晶体中极化周期是确定的,因而调整晶体的工作温度更加便捷.对于双色偏振纠缠双光子来说,不需改变入射的泵浦光以及晶体的极化结构,仅通过调节晶体的工作温度就可以实现o光光子和e光光子波长的严格交换.     

基于偏振纠缠光子对的单光子源

提出了一种基于参量下转换纠缠光子对获得单光子源的实验方案,并对实验的光路、数据采集方面做了详细介绍.实验结果显示,由此方案获得的单光子源的品质要优于弱相干光式的单光子源两个数量级,即多光子光脉冲出现的概率降低了100倍.实验结果表明此方案有望得到实际应用. 关键词： 单光子源 参量下转换 反符合测量     

多光子非线性Compton散射的能量转换

研究了多光子非线性Compton散射中电子与光子的能量转换及其转换效率.结果表明:散射光子频率随电子吸收光子数n的增大而增大,随碰撞非弹性成分ξ的增大而迅速减小.在超强激光场中,当极端相对论性电子与光子发生多光子非线性Compton散射且被光场俘获时,能量转换效率趋于无限大,即电子可以从超强激光场中获得巨大的加速能量.用高速电子束入射并与光子发生多光子非线性Compton散射,是提高非线性Compton散射能量转换效率的重要途径.     

与双模场依赖强度耦合下多光子通道中原子比 特周期量子回声产生和调控

旋波近似条件下,运用全量子理论研究了与双模相干光场依赖强度耦合多光子通道中原子比特周期量子回声的产生和控制. 采用数值计算的方法,讨论了双模相干光场平均光子数分布形式、分布范围及原子跃迁时吸收(或发射)的光子数k对原子比特态保真度演化的影响,获得了产生和控制原子比特周期量子回声的系统参量;根据纠缠理论,分析了原子比特态保真度演化与原子约化熵演化的关联. 结果表明:在k=1的双光子过程中,调控光场平均光子数呈对称或不对称分布,当它的取值在一定范围内,原子比特保持良好的相干性和保真度,产生周期量子回声; 对于k≥2的多光子过程,原子比特与双模相干光场始终处于最大纠缠,因此导致了原子比特始终处于部分失真状态,不产生周期量子回声. 本研究揭示了周期量子回声产生的物理实质是原子比特与光场周期性退纠缠.     

双零色散光子晶体光纤中可见及红外宽带高效色散波

利用Ti宝石激光器生成的飞秒激光脉冲入射高非线性双零色散光子晶体光纤,进行非线性光谱实验.抽运脉冲的中心波长为800nm,位于接近零色散点的反常色散区,在正常色散区观测到双零色散光子晶体光纤产生的超宽带连续光谱输出,相对于单零色散光子晶体光纤,转换效率更高、谱带稳定而平滑,不仅获得了高效宽带蓝移色散波,还获得了长波段正常色散区的宽带红移色散波.实验结果与理论分析的相位匹配条件一致,阐明了色散波产生的物理机理.随泵浦功率的增大,长波段红移色散波发生明显红移,可见波段蓝移色散波强度显著增长,当泵浦功率为0.68 W时,泵浦光几乎全部转化,蓝移色散波与残余泵浦的输出功率之比大于257∶1,光谱转换效率极高,达到99.6%以上.蓝移色散波的宽带达到了309nm,近红外波段的红移色散波与孤子波相连,形成超连续谱,带宽可达628nm.实验结果对超短脉冲激光频率转换和宽带光源的研究具有参考价值.