基于纠缠光子方法测量光电探测器量子效率的研究

光辐射传感器的定标是保证遥感数据精度及可利用价值的基础支撑技术。现行辐射定标方法都需要建立高精度初级标准及标准传递链，传递环节是误差的主要来源。纠缠光子理论为实现“无标准传递”的辐射定标开辟了崭新的技术途径。报道了在光子计数模式下利用非线性光学的非经典效应绝对定标光电探测器的新方法，测量是通过BBO非线性晶体的参量下转换形成的702nm简并的纠缠光子方法来实现的。实验测得光电倍增管在该波长处的量子效率，结果显示有0.1%的偏差。该方法本身具有绝对性，不依赖于任何外部定标的辐射标准。     

单光子探测器量子效率的绝对自身标定方法

提出一种单光子探测器量子效率的绝对自身标定方案，利用光参量下转换过程中产生的光子对在时间上的相关性，先将参量光束分为两路，然后引入相对延时，使同时产生的孪生光子先后进入单光子探测器，然后将探测器之后的电路分为三路，其中一路直接进入计数器得到探测器所探测到的光子的总计数率，另两路用电路方法引入和光路相当的相对延时，经符合电路后进入计数器，得到前后到达探测器的光子对之间的符合计数率.这样，从符合计数率与总光子计数率之比即可在不需要任何其他探测器或者参照标准的情况下获得探测器的量子效率.文中给出两种方案，分别适     

单光子探测器量子效率的自绝对标定

单光子探测器日益广泛地应用于科学研究的各个领域，精确地标定其量子效率成为应用的先决条件。我们首次实现了单光子探测器量子效率自绝对标定的原理性实验，即只利用待测探测器本身就可以对其量子效率进行绝对标定，而不需要第二个探测器或任何参考标准。该方法基于自发参量下转换产生的纠缠光子对的时间关联性，在信号光子和闲散光子之间引入延时，由单光子计数率和符合计数率测得探测器的量子效率。     

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%.     

基于自发参量下转换的光子轨道角动量量子纠缠

作为光子重要自由度之一,轨道角动量(OAM)在光量子信息研究中占据着重要地位。将其与偏振等光子的其他自由度相结合,可实现多自由度光量子信息处理。此外,由于其具有天然的离散高维属性,故其是开展高维量子信息处理研究的最佳自由度之一。基于自发参量下转换非线性光学过程能够便捷地获得OAM纠缠源。近年来,光子OAM量子纠缠的研究受到了广泛关注,在多自由度、高维和多光子等多个方向都取得了重要进展。然而,该领域尚有诸多悬而未决的关键科学问题亟须深入研究,包括如何实现高效高质的OAM分离,如何实现更高维度的频率转换,如何提升多自由度纠缠源的品质,如何获得更多维度、更多光子的高维纠缠态以及如何构建可行的高维量子门等。从光子OAM最基本的二维操纵着手,综述了单光子OAM量子态调控、双光子及多光子OAM纠缠操纵。围绕多自由度、大角动量和高维等特性,从生成、调控、测量及应用等角度系统讨论了光子OAM量子纠缠。同时,探索了解决本方向关键科学问题的一些可能解决途径。     

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.     

分析自发参量下转换光场结构辅助搭建双光子纠缠源

用高灵敏度光谱仪实测纠缠点附近SPDC光场的波长-空间位置关系、强度-空间位置关系,辅助定位光场中的纠缠点位置,搭建双光子偏振纠缠源.测量不同条件下的符合对比度,计算Bell不等式,验证了量子力学的完备性.该方法提升了传统纠缠源实验的教学品质,同时降低此类传统实验的操作难度,减少学生完成纠缠源实验所需时.     

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．     

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.     

基于部分纠缠光子源的高效量子密钥分配方案

设计了一种高效的部分纠缠光子对产生装置,这套装置中使用了简单的线性光学元件以及双光子吸收介质(TPAM),在文中讨论了TPAM的一种实现方案.我们把此种装置应用于量子密钥分配方案,分析了其效率和安全性,相比于用自发参量下转换(SPDC)产生纠缠光子对的密钥分配方案,该方案有更高的效率和安全性.     

基于相关光子的光辐射定标方法研究

为提高定标精度,提出一种基于相关光子的光辐射定标方法,它是一种独立于基于辐射源和基于探测器的定标方法。利用351．1 nm的激光抽运BBO晶体产生的相关光子,建立了一套基于相关光子的光辐射定标系统,分析了它的原理和实验装置,给出符合测量系统,并对结果进行了讨论。结果表明,该系统定标的光电倍增管(R2949)在702．2 nm的量子效率为(5．960±0．003)%,与其在这一波长的量子效率典型值的相对误差约为1．0%,测量结果的相对合成标准不确定度为2．61%。     

Quantum analysis on the four-photon interference

We present a theory for quantum interference of four photons generated by spontaneous parametric downconversion. Detailed investigation of the dependence of fourfold coincidence count rate on time delay between the incident and the reflective pump laser pulses is carried out. Gaussian type dependence is found, and good agreement between our theoretical results and experimental data reported in the literature is achieved.     

Quantum analysis on the four-photon interference

We present a theory for quantum interference of four photons generated by spontaneous parametric down-conversion. Detailed investigation of the dependence of fourfold coincidence count rate on time delay between the incident and the reflective pump laser pulses is carried out. Gaussian type dependence is found, and good agreement between our theoretical results and experimental data reported in the literature is achieved.     

Experimentally testing Hardy's theorem on nonlocality with entangled mixed states

Hardy's theorem on nonlocality has been verified by a series of experiments with two-qubit entangled pure states.However,in this paper we demonstrate the experimental test of the theorem by using the two-photon entangled mixed states.We first investigate the generic logic in Hardy's proof of nonlocality,which can be applied for arbitrary two-qubit mixed polarization entangled states and can be reduced naturally to the well-known logic tested successfully by the previous pure state experiments.Then,the optimized violations of locality for various experimental parameters are delivered by the numerical method.Finally,the logic argued above for testing Hardy's theorem on nonlocality is demonstrated experimentally by using the mixed entangled-photon pairs generated via pumping two type-I BBO crystals.Our experimental results shows that Hardy's proof of nonlocality can also be verified with two-qubit polarization entangled mixed states,with a violation of about 3.4 standard deviations.     

双光子连续频率变量纠缠熵

介绍了连续频率变量系统中纠缠熵的计算方法。根据这种方法我们计算了自发参量下转换产生的具有高斯型频谱形式的双光子态的纠缠熵,证实了纠缠熵的大小和泵浦光带宽(σp)与下转换光带宽(σ)之比有关的直观分析.     

红外光谱辐射的绝对测量方法研究

本文探讨自发参量下转换双光子场的产生机理，研究了基于自发参量下转换相关双光子绝对测量红外光源辐射功率的原理和方法。     

自发参量下转换双光子场的产生及其在光学计量中的应用

讨论自发参量魃光子场的产生机理，提出一种基于自发参量下转换双光子场绝在量子效率新方法。基于这一方法地光子计数型电倍增管的量子效率进行测量，并将实验结果与常规方法没得的结果进行比较。