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.     

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...     

光参量振荡器的模型仿真

在傍轴近似条件下建立了OPO的数学模型,通过引入三波混频中时间与空间关系,采用分步傅里叶算法模拟了纳秒级脉冲和连续光波在谐振腔内的三波混频过程。理论模型中考虑了不同频率光波之间的色散关系,可以在高转换效率情况下分析不同泵浦脉冲功率、脉冲时长、腔镜透反射比以及不同种子光输入等情况下的输出波形、功率以及OPO阈值等特性。实验中采用掺杂MgO的周期性极化铌酸锂晶体（MgO∶PPLN）为非线性介质,在输入1.06 m泵浦激光脉冲能量为0.4 mJ时,产生3.8 m闲频光超过0.07 mJ输出,与数值模拟结果0.08 mJ较为符合。     

光子晶体光纤非线性系数与其结构参量及光波长的关系

推导计算了全内反射型光子晶体光纤的非线性系数与其两个几何结构参量:包层空气孔半径和空气孔间距之间的关系,给出了输入光波长为1550 nm处,非线性系数与这两个结构参量之间的关系曲线并对其进行了分析.给出了全内反射型光子晶体光纤的非线性系数随输入光波长变化的曲线,分析了短波处高非线性系数产生的原因并指出这一特性的应用潜力.     

双光子共振激发钠原子六波混频过程

双光子激发钠原子所产生的级联受激辐射光子与入射激光双光子可产生光波混频。实验共观测到十一条六波混频与十条四波混频谱线。理论分析表明脉冲激光泵浦下的光波混频过程仍可用稳态近似计算混频光强。非线性极化系数X不仅与基态布居数也与激发态布居数有关。X的共振增强效应对获得强混频输出有重要作用。     

基于周期极化晶体MgO:PPLN的纠缠光子对制备过程的研究

基于二阶非线性效应的自发参量转换技术制备纠缠光子对过程中,以掺5 mol%MgO:PPLN周期极化晶体为研究对象,将光参量变换过程中的动量守恒和能量守恒条件与该晶体的色散方程,以及晶体极化周期随温度变化的热膨胀方程相联系,得到了355 nm、405 nm、532 nm、780 nm和1 064 nm这5个实验室常用波长点在制备纠缠光子对时的周期调谐特性和温度调谐特性。研究过程中发现,出现了晶体极化周期过小和产生两对纠缠光子对问题,总结并归纳了各波长点在一定极化周期和温度下与非线性晶体作用所产生的纠缠光波段范围。当选用其他非线性周期极化晶体进行实验时,改变QPM动量守恒条件中的极化周期项,同时根据具体使用的晶体改变色散方程。该研究方案可直接推广到使用不同非线性晶体产生通信光波段或红外光波段的纠缠光子对研究中,在制备量子光源等领域具有重要研究价值。     

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.     

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...     

基于冲击波作用于光子晶体实现光学频率变换方法的分析

分析了光子晶体实现光学频率变化的方法。阐述了光子晶体光学频率变换的原理,用软件仿真了冲击波作用光子晶体的折射率变化和带隙变化,分析了冲击波速度和冲击波作用光子晶体时间的长短对光学频率变化的影响,结论表明,冲击波速度越大光学频率的变化量越大,冲击波作用光子晶体的时间越长光学频率的变化量越大。由于利用光子晶体的禁带特性,能够对落入光子晶体禁带中的光波实现全反射,故频率转换效率很高。此种方法在近几年发展起来的可调谐激光器有重要的应用,也是光子晶体一个新的研究领域。     

利用冲击波作用光子晶体产生蓝光的研究

研究了一种利用冲击波作用光子晶体产生蓝光的新方法.通过模拟光子晶体受冲击波作用后折射率的变化,对470 nm蓝光,设定光子晶体的参量,研究了冲击波引起光子晶体带隙的变化,计算了需要冲击波的速度,分析了影响蓝光线宽和中心波长的因素.结果表明,变频后的光波线宽随冲击波和固定反射面的距离而变化,距离大时,线宽较小,距离小时,线宽较大,可以利用光子晶体的滤波作用对输出光波线宽进行控制,获得带宽稳定的或变化的输出光波.环境温度变化、光子晶体材料吸收特性影响光子晶体的带隙分布,进而影响蓝光的中心波长.研究结果对研制新的蓝光光源具有重要参考价值,同时也为其他相干光源的产生提供了一种新的技术.     

利用冲击波作用光子晶体产生蓝光的研究

研究了一种利用冲击波作用光子晶体产生蓝光的新方法.通过模拟光子晶体受冲击波作用后折射率的变化,对470nm蓝光,设定光子晶体的参量,研究了冲击波引起光子晶体带隙的变化,计算了需要冲击波的速度,分析了影响蓝光线宽和中心波长的因素.结果表明,变频后的光波线宽随冲击波和固定反射面的距离而变化,距离大时,线宽较小,距离小时,线宽较大,可以利用光子晶体的滤波作用对输出光波线宽进行控制,获得带宽稳定的或变化的输出光波.环境温度变化、光子晶体材料吸收特性影响光子晶体的带隙分布,进而影响蓝光的中心波长.研究结果对研制新的蓝光光源具有重要参考价值,同时也为其他相干光源的产生提供了一种新的技术.     

基于一维间距调制型光子晶格的光传输现象

采用数值模拟方法研究了高斯光束在四种间距调制型光子晶格中的传输规律. 研究发现: 在具有两个正双曲正割势垒和矩形势垒的晶格阵列中, 光波在势垒处发生明显的衍射现象, 而在势阱处发生强烈的局域现象; 在具有两个负双曲正割势垒和负矩形势垒的晶格阵列中, 光波可在势垒处发生无反射传输或在势垒中发生局域现象; 而在势阱中振荡衰减传输. 研究还发现在低功率情况下, 负势垒支持的线性模式间可以发生振荡耦合; 高功率非线性情况下, 光波将发生局域现象. 研究结果为利用光子晶格调节和控制光波传输, 实现全光开关提供了新的思路和方法. 关键词： 调制型光子晶格 波导阵列 模式 光开关     

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.     

光纤参量器件研究进展

综述介绍基于光纤四波混频效应的一些参量器件(放大器、频率转换器、相位共轭器等)的物理特性和工作性能;以及基于这些参量器件的新应用,比如可调谐辐射产生、相位敏感放大器、基于频率转换和色散的缓存以及实时采样等;最后就量子信息实验中的光子产生和频率转换等方面进行一些介绍。     

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。     

混合腔光力系统的双光子散射

混合腔光力系统同时包含一次和二次光力相互作用。本文研究了混合腔光力系统中的双光子散射问题。在Wigner-Weisskopf框架下,通过求解散射过程,获得了混合腔光力系统散射态的解析表达式,揭示了双光子散射的4个物理过程：1)双光子均被直接反射,不进入腔中;2)一个光子被直接反射,另一个光子入射进腔中;3)两个光子按次序先后入射进腔中,但腔中最多只有一个光子;4)两个光子均入射进腔中。通过分析双光子散射谱,发现在该散射过程中可以产生双光子频率反关联,并且发现了混合腔光力系统中的参数与双光子散射谱特性之间的联系。该研究不仅提供了一种产生关联光子对的散射方法,而且提出了一种表征光力系统参数的光谱方法。     

非线性光子晶体的单向透射性

利用非线性时域有限差分方法(FDTD)对光从某些一维缺陷层掺杂克尔非线性介质的四分之一波长光子晶体的正反两个不同方向入射时对应的一般透射特性进行了数值分析.计算表明：一定频率范围及一定光强范围的光从非线性光子晶体的正向入射时,透射率是其从非线性光子晶体相反方向入射时的数倍,具有单向透射性,表现为全光二极管的行为.进一步对交替介质层由空气和金红石(TiO2)组成而非线性缺陷层由聚合物(polydiacetykene 9-BCMU)组成的光子晶体模型的透射特性进行了数值分析.在某一频率和强度附近,该模型的正向透射率是反向的6倍左右,表明其可作为一种全光二极管使用.     

饱和非线性下零色散附近的交叉相位调制非稳

从光纤中扩展的耦合非线性薛定谔方程组出发,在饱和非线性光纤零色散附近,研究了不同二、四阶色散参量下交叉相位调制不稳定性增益谱及其临界扰动频率、谱宽和谱峰随两光波入射功率的演化特点.研究表明,随色散参量不同,增益谱随两光波入射功率的增大可能出现三种演化形式：一是始终是两个分离的谱区;二是由开始时的两个合成一个,最后再分离成两个;三是始终是一个谱区.饱和非线性的存在则使每个谱区的谱宽、谱峰及远离零点的临界扰动频率,随两光波入射功率的增大可能呈现出先增大后减小的特点,使第二谱区靠近零点的临界扰动频率呈现先减小后增大的特点,从而可能出现两个不同的输入功率对应同一个增益峰值和谱宽的情形.色散参量对增益谱的谱峰影响小,对谱宽影响大.越靠近零色散区,每个谱区谱宽越大,越易连成一个谱区.     

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%。     

高功率KTP晶体光参量振荡器热效应

采用有限元分析方法对KTP晶体内部3维温度分布情况进行了精确计算。根据参量过程满足的能量守恒条件和动量守恒条件,利用KTP晶体的热光色散方程计算了参量过程中温度对相位匹配角、光波走离角、允许角及晶体的有效非线性系数的影响。结果表明:晶体内温度分布不均匀;在沿着通光方向上晶体截面温度分布不同;加强晶体表面冷却效果,可有效降低温度对相位匹配角、光波走离角、允许角及晶体的有效非线性系数的影响。