光子计数器的线性测量和修正

依据自发参量下转换过程中泵浦光功率和相关光子的线性关系,搭建了光子计数器线性测量实验装置,分析了光子计数器非线性误差产生的机理,探讨其线性应用条件和修正方法.通过调节泵浦光功率改变入射至光子计数器的相关光子速率,实现了光子计数器线性的测量,并对实验测量值进行了修正.结果表明,通过线性测量和修正可以提高单光子计数器测量准确度,降低光子计数器的非线性误差,其入射光子速率最大线性工作范围可由10~5s~(-1)扩大到10~7s~(-1).     

含缺陷光子晶体传光特性的实验研究

选择MgF2和ZnSe两种材料设计制作了一维缺陷光子晶体,从理论和实验上对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了研究.在实验中,一般用光谱仪来测量通过光子晶体的透射光谱,由于光谱仪价格较贵,这种方法不利于制作实用的光子晶体传感器.我们用CCD和光栅代替光谱仪,利用白光光源代替激光器,建立自动测量实验系统进行了实验研究.实验中利用压电陶瓷来改变缺陷层厚度,模拟缺陷层的变化,通过CCD测量衍射光位置来测量透过的光频.实验结果表明,缺陷层厚度的变化和透射光频率之间呈线性关系,通过测量透射光频的变化,可以测量引起缺陷层变化的物理量,这与理论分析一致,说明本实验方法可行.本实验方法研制实用的光子晶体传感器具有一定意义.     

Ⅰ类自发参量下转换光谱圆环空间分布

理论模拟了I类自发参量下转换产生的相关光子光谱圆环的空间辐射角度及光强分布,搭建了相关光子圆环光强分布的实验测量装置,该装置利用355 nm连续激光器泵浦BBO晶体产生I类自发参量下转换相关光子圆环,使用CMOS传感器作为相关光子圆环探测单元,通过2×2维点阵扫描方法探测了完整的相关光子圆环,测量的光谱分布为430～860 nm.实验结果表明:测量的相关光子圆环直径与理论值符合较好;Ⅰ类自发参量下转换过程产生的相关光子在空间呈同心圆环分布;相关光子光谱具有宽光谱分布特点.     

I类自发参量下转换光谱圆环空间分布

理论模拟了I类自发参量下转换产生的相关光子光谱圆环的空间辐射角度及光强分布,搭建了相关光子圆环光强分布的实验测量装置,该装置利用355nm连续激光器泵浦BBO晶体产生I类自发参量下转换相关光子圆环,使用CMOS传感器作为相关光子圆环探测单元,通过2×2维点阵扫描方法探测了完整的相关光子圆环,测量的光谱分布为430~860nm.实验结果表明:测量的相关光子圆环直径与理论值符合较好;I类自发参量下转换过程产生的相关光子在空间呈同心圆环分布;相关光子光谱具有宽光谱分布特点.     

多波段相关光子光谱分布与时间相关性测量实验研究

基于相关光子的定标技术能够实现“无标准传递”绝对定标,研究相关光子的光谱辐射特性及时间相关特性对遥感器在宽波段的辐射定标具有重要意义。为满足光电探测器在宽谱段量子效率定标需求,基于相关光子的定标技术有必要从单一波段向更多波段扩展。根据自发参量下转换所满足的相位匹配条件,推导出相关光子在晶体内的非共线角计算公式,通过数值模拟相关光子光谱辐射角度分布规律,优化晶体相位匹配角,使得自发参量下转换产生的相关光子具有宽光谱分布,并且相关光子辐射角度与光谱波长能够一一对应。根据光谱分布数值模拟结果,建立了多波段相关光子的光谱分布和时间相关性测量实验系统,利用该系统测量了四对相关光子的光谱分布、符合计数、相关时间以及偏振特性。其中,测量的光谱分布范围为633~808 nm,最大光谱分布测量偏差为1.51 mm,光谱分布实验测量结果与数值模拟结果符合一致;测量了四对相关光子对的相关时间,最小相关时间为0.32 ns,并在实验中观察到了“符合三峰”现象;相关光子单光子计数及符合计数与泵浦光的偏振方向呈正弦函数关系。实验研究表明,相关光子对具有可见光~近红外宽波段分布、时间相关及偏振特性。论文研究结果在国内外尚属首次报道,该研究结果有望应用于光电探测器在多波段的辐射定标。     

利用光子晶体测量透明液体折射率

设计了用反Opal结构光子晶体测量透明液体折射率的实验.根据布拉格公式推导了用反Opal光子晶体测量透明液体折射率的公式.利用紫外-可见分光光度计分别测得光子晶体处于空气和透明液体中的透射谱,由透射谱分别确定光子晶体处于2种介质中的禁带中心波长,将中心波长代入测量公式即可得到透明液体折射率.实验测量了水和甘油的折射率,得到了与公认值相吻合的结果.     

相关光子定标的符合测量精度分析

采用355nm连续激光泵浦BBO晶体产生参量下转换效应,搭建了相关光子辐射定标实验装置,使用时间数字转换和时间幅度转换两种符合测量方法进行比对测量,定标了不同光子速率下雪崩光电二极管在737nm波段的探测效率,分析了在高光子计数率下死时间和后脉冲等因素对符合测量选取符合门宽和意外符合的影响,比较了不同光子计数速率的测量结果并分析符合测量的修正因素,修正后两种测量结果的相对偏差优于0.25%.采用时间间隔技术测量了不同光子计数率的后脉冲概率,为提高单光子探测器的计数精度和相关光子定标的精度提供依据.     

空芯光子带隙光纤色散特性的实验研究

针对空芯光子带隙光纤宽带宽、高效率、高精度的色散测量需求,本文基于干涉法,提出一种适用于测量空芯光子带隙光纤宽带色散的相位提取方法,建立了基于Mach-Zehnder干涉仪的色散测量系统,开展了空芯光子带隙光纤(HC-PBGF)色散特性的实验研究,重点对研制的19 cell HC-PBGF的色散特性进行了系统的实验研究.实际测量得到19 cell HC-PBGF在1400—1630 nm带宽范围内的基模色散曲线,开展了HC-PBGF的高阶模色散测量研究,测量得到了19 cell HC-PBGF四条高阶模色散曲线.实验测量结果与理论仿真结果吻合,研究成果为深入探究空芯光子带隙光纤的色散特性,推进其在高功率激光脉冲传输、大容量数据通信、光纤非线性等领域的应用具有重要意义.     

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%.     

采用光子计数器做成的光子相关仪

介绍一种将光子计数器与ＰＣ微机联机做成的光子相关仪，它能作光子时间相关及光子统计的测量与研究，用它对激光透过大分子溶液的散射光进行了实验研究。     

基于马赫-曾德尔干涉仪的单个光子操控

分别利用空间和光纤马赫—曾德尔干涉仪对空间和光纤传输中的单个光子的干涉现象进行了研究,干涉对比度可达到90％以上,实现了空间和光纤中的单个光子的路由操控。实验采用脉冲调制加衰减的方法产生单个光子,获得了每个脉冲中只包含0．1个光子的准单光子源。通过改变压电换能器的电压控制马赫—曾德尔干涉仪的单个光子在两个输出端的选择,实现了光子在节点上的路由。采用同步符合检测技术,利用重复频率为1kHz,脉冲宽度为100ns的同步信号对输出信号进行符合,实现了量子效率高于70％,暗计数小于0．2s^-1的单光子高灵敏度检测,观测到了单个光子在相位操控下出射到两个输出端的有序分配现象。验证了基于马赫—曾德尔干涉仪的单个光子路由操控实现的可能性。     

双孔干涉效应的量子描述

将先前得到的光子一维态矢量函数具体应用于光学双孔干涉实验，得到了一个具有普遍意义的解析表达式，极大地拓宽了实验观察范围，完整地表示了光子在整个空间的概率分布.在给出光子态矢量函数归一化积分表达式的基础上，按照量子光学的基本观点，定量分析和讨论了光学双孔干涉实验的定义域以及干涉项空间平均值的量子行为. 关键词： 光子 态矢量函数 概率分布 干涉     

Rabi模型的光场压缩

电路量子电动力学的实验实现了光与人造原子的超强耦合相互作用, 相互作用强度与光场频率在同一个数量级.在超强耦合区域, 著名的旋波近似失效, 因此系统的动力学必须用含有反旋波项的Rabi模型描述.本文研究Rabi模型中的光场压缩.数值模拟结果发现, 光场压缩不是随耦合强度线性增加, 而是在合适的超强区域获得最大值.同时, 我们还发现, 较小的反旋波项有助于提高光场压缩.所得结果有利于实验上在超强区域中制备所需的压缩态. 关键词： Rabi模型 超强耦合 光场压缩     

Engineering Multi-atom Entangled States via Cavity Decay

A scheme is proposed for the generation of entangled states for multiple atoms trapped in a cavity by detecting photon decay. The scheme is valid no matter when the effective atom-cavity coupling strength is larger than the cavity decay rate or not, which is of importance in view of experiment. The fidelity of entanglement is insensitive to the inefticiency of the photo-detector. The scheme does not require a photon to be initially injected into the cavity.     

微光图像光子计数器像管等效背景测试研究

在论述单通道光子计数技术原理的基础上，提出了微光图像光子计数器像管等效背景的测试原理，方法、装置，实验及结果，对测试结果进行了较为深入的讨论，并提出了进一步降低等效背景的主要技术途径。     

Design and application of phase photon sieve

The imaging principle of Fresnel zone plate and photon sieve were analyzed in this paper. The design and fabrication of phase photon sieve were discussed. The feasibility of using phase photon sieve to realize nano-lithography was analyzed, a novel lithography experiment system based on phase photon sieve was presented, which not only has higher resolution and image contrast than the Fresnel zone plate lithography but also have higher diffractive efficiency than the amplitude photon sieve lithography.     

Correlations in single‐photon experiments

Correlations of detection events in two photodetectors placed at the opposite sides of a beam splitter are studied in the frame of classical probability theory. It is assumed that there is always only one photon present in the measuring apparatus during one elementary experiment (one measurement act). Due to the conservation of energy, there is always a strict anticorrelation in one elementary experiment, because the photon cannot excite both of the detectors at the same time. It is explicitely shown in several examples that the “bunching” and “anti‐bunching” of the counts in serieses of elementary single‐photon experiments is governed by the statistical properties of grouping the sequences of the elementary measurements.     

光纤在光子相关光谱中的研究

单模光纤为光子相关光谱测量过程提供了一个理想的光信号接受系统.理论分析表明,用一个单模光纤作为光信号接受系统能达到理论极限值为1的相干系数,同时可以保持一个相当高的光信号接受效率.即可以利用光纤有效地提高测量过程中的信噪比.另外,单模光纤还提供了用任意大的散射体积和任意大的传输距离来实现光散射测量的可能性.实验测量结果与上述理论分析一致 关键词： 单模光纤 光子相关谱 信噪比 相干系数     

基于X射线脉冲星导航的地面模拟系统研究

为进行X射线脉冲星导航的关键技术研究,搭建了基于X射线脉冲星导航的地面模拟系统.地面模拟系统由模拟X射线脉冲源、基于微通道板的高灵敏X射线光子探测器、电荷灵敏前放和主放电路、时间测量单元、X射线脉冲轮廓构造及X射线脉冲到达时间测量系统组成.该模拟系统可在地面模拟X射线脉冲星导航的星源的强度、周期及脉冲轮廓,实现对X射线脉冲星单光子到达时间的记录,构造X射线脉冲星脉冲轮廓,计算X射线脉冲到达时间.描述了基于X射线脉冲星导航的地面模拟系统的组成和工作原理,报道了基于X射线脉冲星导航的地面模拟系统的初步结果. 关键词： X射线脉冲星导航 微通道板光子探测器 脉冲轮廓     

Simple and practical method of characterizing the parametric down-conversion source

Parametric down-conversion(PDC) sources play an important role in quantum information processing, therefore characterizing their properties is necessary. Here we present a statistical model to assess the properties of the PDC source with certain distribution, such as the brightness and photon channel transmissions, we only need to measure the singles and coincidences counts in a few seconds. Furthermore, we validate the model by applying it to a PDC source generating highly non-degenerate photon pairs. The results of the experiment indicate that our method is more simple, efficient, and less time consuming.