1.5μm光通信波段明亮压缩态光场的产生及其Wigner函数的重构

1.5 μm光通信波段非经典光场在光纤中有着极低的传输损耗, 因而是基于光纤的实用化连续变量量子信息研究的重要资源. 本文利用周期极化磷酸氧钛晶体构成的半整块结构简并光学参量放大器, 实验获得了连续变量1.5 μm光通信波段的明亮压缩态光场. 光学参量放大器的阈值功率为230 mW. 当780 nm抽运光场功率为110 mW, 1.5 μm注入信号光场功率为3 mW时, 连续变量1.5 μm明亮正交位相压缩态光场的压缩度达4.7 dB. 进而利用时域零拍探测系统测量压缩态, 采用量子层析技术重构了该明亮正交位相压缩态光场的Wigner准概率分布函数.     

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     

音频段1.34μm压缩态光场的实验制备

音频段压缩态光场是进行连续变量量子精密测量重要的量子资源.本文利用自制的低噪声连续单频671 nm/1.34μm双波长激光器作为抽运源,抽运基于周期极化磷酸氧钛钾晶体的简并光学参量振荡器,进行了光通信波段1.34μm连续变量音频段真空压缩态光场的实验制备.当简并光学参量振荡器运转于阈值以下参量反放大状态时,抽运光场功率为95 mW,本地振荡光功率为60μW时,在分析频率8—100 k Hz范围内研制出1.34μm真空压缩态光场.在分析频率36 k Hz处,压缩态光场的最大压缩度达5.0 d B;在音频频率8k Hz处,压缩态光场的压缩度达3.0 d B.音频段1.34μm压缩态光场可用于实现基于光纤的量子精密测量.     

1064 nm高功率明亮压缩态光场制备实验中绿光诱导红外吸收效应

通过实验和理论研究连续变量高功率明亮压缩态光场制备实验中高功率种子光注入光学参量放大器引起的绿光诱导红外吸收效应。首先,通过优化实验系统工作参数,提升反馈控制回路的锁定稳定性,当种子光功率为500 mW、泵浦光功率为145 mW时,在分析频率为3 MHz处,获得光功率为200μW、压缩度为(-10.7±0.2) dB的明亮压缩态光场。然后,根据实验数据,定量分析高功率明亮压缩态光场与压缩真空态光场产生过程中周期极化磷酸氧钛钾晶体的吸收损耗,发现高功率明亮压缩态光场实验系统的总光学损耗为(9±0.05)%,其中由周期极化磷酸氧钛钾晶体吸收导致的内腔损耗为(5.8±0.05)%,占总光学损耗的(64.4±0.05)%。该条件下周期极化磷酸氧钛钾晶体对高功率明亮压缩态光场的吸收系数为(6.0±0.05)×10^-2 cm^-1。当泵浦光单独注入光学参量放大器时,周期极化磷酸氧钛钾晶体对压缩真空态光场的吸收系数约为2.1×10^-4 cm^-1。由此可知,当高功率种子光注入光学参量放大器时,绿光诱导红外吸收效应使周...     

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。     

光通信波段低频压缩态光场的实验制备

本文利用周期极化磷酸氧钛钾晶体构成的半整块结构简并光学参量振荡器实验制备了连续变量光通信波段低频压缩态光场。光学参量振荡器的阈值功率为210 mW。当775nm抽运光场功率为130 mW时,在分析频段50kHz~900kHz范围内获得真空压缩态光场。在200kHz分析频率处,压缩态光场的最大压缩度达5.0dB;在最低分析频率50kHz处,压缩态光场的压缩度为2.0dB。该低频压缩态光场可为基于光纤的量子精密测量提供量子光源。     

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35 mW.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.     

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     

明亮压缩态光场的操控及量子层析

连续变量量子态的制备与操控是进行量子通信、量子密钥分发以及量子网络构建的重要基础.本文基于二阶非线性过程,利用周期极化磷酸氧钛钾晶体构成的简并光学参量放大腔,在实验上实现了 1064 nm波段明亮压缩态光场的制备,所制备的明亮压缩态光场在泵浦光功率为310 mW、分析频率为3 MHz处的压缩度为-11.6 dB.当注入50 mW泵浦光时,实现了压缩度为-6 dB,纯度为98.5%的压缩态光场;在此基础上,利用光电调制器进行明亮压缩态光场的线性光学操控,并基于平衡零拍探测系统的直流信号准确判断压缩态光场时域信号对应的相位,之后结合极大似然估计算法实现压缩态的量子层析,得到量子态的密度矩阵及相空间的Wigner函数,从而获得量子态的光子数分布等全部信息.     

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。     

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。     

利用非简并光学参量振荡腔产生连续变量三色三组分纠缠态

利用半经典理论方法计算了运转于阈值以上的非简并光学参量振荡腔输出信号场、闲置场及反射抽运场的关联特性. 根据 van Loock 等提出的连续变量多组分纠缠判据, 计算结果表明, 常温下这三个光场的正交振幅分量与正交位相分量之间存在三组分量子关联, 得到了三色三组分纠缠态光场. 数值计算了关联噪声对参量振荡腔物理参数的依赖关系, 找出了产生三色三组分纠缠态产生的最佳运转条件, 为连续变量多组分纠缠态光场产生系统的设计提供了直接参考. 关键词： 连续变量 非简并光学参量振荡腔 三色三组分纠缠态     

Quantum State Transfer via Adiabatic Passage

我们采用周期极化KTP晶体为非线性介质，通过光学参量振荡器运转于阈值以下的简并参量振荡过程，产生了单模正交压缩真空态光场，在泵浦功率为123mW，Local光功率为842uW，晶体温度为32．1摄氏度时我们使用平衡零拍探测法测得输出场噪声功率低于散粒噪声基准3．41dB。     

实用化多功能光压缩器

激光二极管抽运的YAPKTP内腔倍频单频激光器及其抽运的半整块非简并光学参量振荡腔(NOPO)被固定在一体的殷钢底座上构成了全固化多功能光压缩器———Squeezer.通过控制不同的工作条件,在此装置上可以产生多种类型压缩光:阈值以上产生约6dB(74%)量子相关孪生光束;在阈值以下,通过注入信号光参量缩小过程产生21dB明亮正交振幅压缩光;将参量放大器出射的两个频率简并偏振垂直的孪生光束分开,获得振幅反关联位相正关联明亮EPR源. 关键词： 光压缩器 光学参量振荡腔(OPO) 全固化     

PPKTP晶体参量缩小过程产生振幅压缩光

我们用准相位匹配PPKTP (periodically poled KTiOPO4)晶体，通过光学参量振荡阈值以下的简并双共振参量缩小过程--注入基频光共振，泵浦光双次穿过晶体，在12mW泵浦功率和6mW的1064nm注入信号光功率时，在1.5MHz频率处，得到了70μW、2dB的连续明亮正交振幅压缩光。这一装置的优点是易于将腔锁定在注入光的频率上，进而有利于非线性过程的长期稳定运转，同时输出场的平均值不为零--明亮压缩光，有利于压缩光的实际应用。和传统双折射相位匹配晶体的同样实验装置相比较，我们的特点是很低的泵浦功率(约低一个数量级)，因此，有利于该实验装置的实用化。此外，由于在我们实验中输出耦合镜的透射率仅2%，所以我们可以通过增大透射率，进而提高压缩度，以达到实际应用的要求。同时，据我们所知，我们的压缩度是目前用准相位匹配晶体产生连续压缩光的报道中压缩度最高的。     

利用外腔谐振倍频产生780nm原子吸收线明亮振幅压缩光

采用连续单频1.56μm激光光源作为泵浦光,通过周期极化铌酸锂晶体外腔倍频过程实验制备出位于原子吸收波线的780nm明亮振幅压缩态光场。在利用2个模清洁器过滤基频光的强度噪声、使之在分析频率4MHz处达到散粒噪声的基础上,利用谐振倍频获得输出功率为10mW、转换效率达40%的倍频光,实测的780nm明亮振幅压缩光的压缩度为0.6dB。     

压缩态光场发生器

正压缩态光场发生器是集基波和二次谐波双波长输出的连续单频激光器、光学参量放大器(OPA)与平衡零拍探测器为一体,直接产生单模振幅压缩态光场的装置,并能通过所附的探测系统定量测定压缩度。该压缩态光场发生器可用于量子信息及量子测量领域。     

压缩态光场发生器

正压缩态光场发生器是集基波和二次谐波双波长输出的连续单频激光器、光学参量放大器(OPA)与平衡零拍探测器为一体,直接产生单模振幅压缩态光场的装置,并能通过所附的探测系统定量测定压缩度。该压缩态光场发生器可用于量子信息及量子测量领域。     

压缩态光场发生器

正压缩态光场发生器是集基波和二次谐波双波长输出的连续单频激光器、光学参量放大器(OPA)与平衡零拍探测器为一体,直接产生单模振幅压缩态光场的装置,并能通过所附的探测系统定量测定压缩度。该压缩态光场发生器可用于量子信息及量子测量领域。