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.     

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.     

周期极化铌酸锂制作与应用

详细介绍了一种波长转换效率很高的周期极化铌酸锂(PPLN)的原理、制作及应用。周期极化铌酸锂以其有效非线性系数大于常用块状晶体一个数量级的特点得到迅速发展，PPLN可通过外加电场极化法、质子交换法等方法制备。近年来其制备工艺和光光转化效率有了很大的提高。周期极化铌酸锂可用于固体激光倍频。半导体激光直接倍频光参量振荡和放大等方面。使用PPLN与否。很大程度上已经成为传统非线性激光光源能否继续发展的决定性因素。     

纠缠光子法绝对定标光电探测器量子效率的研究

为了应对国际上“坎德拉”新定义的动向,开展了利用纠缠光子法测量光电探测器量子效率的研究,并建立了测量装置。装置采用351.1 nm连续激光抽运BBO晶体产生纠缠光子场,然后通过双通道门控计数器组成的符合测量系统在702.2 nm和788.7 nm两个波长点对光电倍增管的量子效率进行了测量。同时对单光子脉冲信号获取、噪声抑制及提取、符合时间特性、偶然符合、暗背景计数和器件透过率等影响测量结果的关键因素进行了实验分析并给出了修正分量,最终在两个波长点量子效率测量不确定度小于0.7%。     

周期域反转铌酸锂可调谐波长转换器的皮秒脉冲实验

实验研究了周期域反转铌酸锂光波导级联和频与差频二阶非线性效应(cSFG/DFG)皮秒脉冲间的可调谐波长转换。信号光采用重复频率为40 GHz,脉宽为1.57 ps的脉冲信号。当输入信号光和第一个控制光波长分别为1554.4 nm和1532.5 nm时,通过调节第二个控制光波长由1550.5 nm到1541.0 nm,输出信号光波长可从1536.0 nm调谐至1545.2 nm。当输入信号光波长改变时,通过改变第一个控制光波长以满足和频过程的准相位匹配条件,同时调节第二个控制光波长可以实现输出信号光波长的可调谐。实验中利用两个窄带可调谐滤波器有效抑制了掺铒光纤放大器引入的放大自发辐射噪声,同时观察到了波长下转换和波长上转换。     

周期极化铌酸锂THz波产生理论分析

首先采用光参量振荡的机理研究了THz波在准相位匹配媒质周期极化铌酸锂晶体中同向传播与反向传播情况下,以及THz波从晶体表面辐射产生的特性;其次研究了THz波的温度调谐特性、极化反转光栅周期调谐以及改变入射泵浦光与光栅波矢夹角的调谐特性;然后分析了THz波谱宽特性,给出解析表达式,并与实验结果进行了比较,证明理论分析结果与Y.S.Lee等人所给出的实验结果符合很好;最后分析了THz波的稳定性与温度、光栅周期、泵浦入射角以及辐射角的关系.     

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。     

周期极化铌酸锂晶体的红外光谱测量分析

对周期极化非线性品体的光参量振荡器实现连续调谐输出的条件进行了理论模拟和分析,并且针对基于多周期的掺镁铌酸锂晶体光参量振荡器进行了实验研究,在掺镁铌酸锂晶体内制作了6个等间隔的晶畴区,其间距为0.5 μm,极化周期范围为29.0～31.5 μm.在室温下采用LD端面抽运的声光调Q Nd:YVO4激光器作泵浦源,实现了PPMgLN光参量振荡器的信号光在1449.7～1665.0 nm、闲频光在3 989.2～2 946.0 nm范围内的调谐输出,其最低激射阈值为108.0 mW、最高激射阈值为149.2 mW.当泵浦功率为649 mW时,获得了信号光最高为118.5 mW的输出,其光-光转换效率为18.26%;闲频光最高输出为46.6 mW,其光一光转换效率为7.18%.以上参数均接近实用化水平.而且,这两个波段的光源分别在整个光纤通信的S+C+L波段和大气层透射窗口范围,具有十分重要的应用前景.     

基于Ⅱ类周期极化铌酸锂波导的通信波段小型化频率纠缠源产生及其量子特性测量

自发参量下转换过程制备的纠缠光源在量子光学及其相关领域有着广泛的应用.本文利用780 nm的分布式布拉格反射镜激光二极管抽运一块长10 mm的Ⅱ类准相位匹配的周期极化铌酸锂波导,产生了偏振正交的频率反关联纠缠光子对.通过实验结果与理论的完美结合得到,当进入波导的抽运光功率为44.9 mW时,下转换双光子对的产生速率为1.87×10~7s~(-1).利用单色仪对下转换光子的频谱进行分析,得到信号和闲置光子的中心波长分别为1561.43 nm和1561.45 nm,频谱宽度为3.62 nm和3.60 nm,双光子符合包络宽度约为3.18 nm,可以得到双光子的频率纠缠度为1.131.00,表征了双光子的频率纠缠特性.利用Hong-Ou-Mandel干涉仪测量双光子的二阶量子干涉特性,测得的干涉可见度为96.1%,干涉图谱的凹陷宽度为1.47 ps.     

在周期性极化铌酸锂波导中的波长转换与光谱分析

实验研究了在准相位匹配LiNbO₃波导中级联的倍频和差频波长转换,通过对转换频谱分析和波形对比分析,讨论了在脉冲泵浦情况下走离效应对光脉冲之间波长转换的影响：由于波导的色散性能,不同波长的光脉冲在波导中传播具有不同的群速度,处在0.8 μm光波段的倍频光脉冲比处在1.55 μm光波段的泵浦光脉冲的传播速度慢,导致了倍频光脉冲与泵浦光脉冲在传播的过程中发生走离;因此倍频脉冲在频域被压缩而在时域被展宽,并遗传给差频过程使得转换脉冲的谱宽变窄、脉宽增加、占空比变大,表明脉冲光泵浦波长转换对信号频谱及波形不是严格透明的转换。实验同时实现了一对多通道的波长转换,表明连续控制光的线宽对转换信号的信噪比有较大的影响。     

周期性极化铌酸锂晶体中半非共线型宽带光学参变放大理论研究

基于周期性极化铌酸锂晶体(PPLN)的准相位匹配光参变放大过程,通过倾斜周期极化铌酸锂晶体中极化域(极化光栅)一定角度,实现了介于共线匹配方式和非共线匹配方式之间的一种半非共线型准相位匹配方式,并以该匹配方式下的各光矢量几何关系得出相位匹配曲线,找到在特定抽运光和信号光波长下能获得宽带增益放大的周期极化长度。并研究其极化倾斜角度与温度特性。模拟计算表明,在合适的角度与温度条件下,该方式可以532 nm抽运光抽运的信号光在800 nm和1064 nm处均获得宽带光参变放大。     

Propagation Modes in Periodically Poled Lithium Niobate Waveguides Exploiting Cascaded Second Order Nonlinearity

The improvement of cascaded second-order nonlinearity ≤(2) : ≤(2) effects in a quasiphase-matching (QPM) structure constituted by a periodically poled lithium niobate (PPLN) waveguide is obtained utilizing an integrated metal mirror placed after an additional waveguide segment. The resulting double-pass device, which can be employed for wavelength conversion, is refined by choosing the most advantageous length of the segment waveguide and by taking into account both the thermal and electro-optic effects. In the ideal case of perfect QPM, for a grating length z G4 = 25 mm, the calculated double-pass maximum efficiency is eta dp = 22.86 dB, which is almost the triple of eta sp = 8.20 dB, calculated for the single-pass version (without mirror) for the same value of the pump and signal powers.     

宽带准连续光纤激光在周期极化铌酸锂中倍频特性的研究

双包层光纤激光器和非线性光学材料(如周期性极化的铌酸锂晶体,PPLN)相结合,开辟了实用性非线性光学器件的一个新领域。研究了准相位匹配周期性极化反转铌酸锂晶体对宽带准连续光纤激光倍频的温度特性和频谱特性。在理论上,从准相位匹配相位失配关系出发,推导了晶体温度与抽运源中心波长的关系以及温度响应带宽,并和已报道实验结果进行了比较,二者符合得很好。此外,还推导了倍频周期极化铌酸锂晶体对抽运基频光源的响应谱线带宽。在实验上,采用长度20mm,极化周期6．5μm,厚度0．5mm的周期极化铌酸锂晶体光纤激光器准连续宽带输出进行了倍频,获得了在不同控制温度下的倍频光光谱,并对此进行了详细分析。     

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%.     

Modeling and Characterization of Border Domain Effects in Periodically Poled Lithium Niobate Crystals Grown by the Off-center Czochralski Technique

We report on the optical characterization of periodically poled lithium niobate crystals grown through the Czochralski off-center technique. The optical diffraction technique pointed out that refractive index changes occur at the border domain. Their effect on the second harmonic generation is therefore investigated by numerical analysis in order to predict the conversion efficiency of the grown crystals.     

To the Theory of Quasi-Phase-Matched Parametric Amplification in Periodically Poled Optical Nonlinear Crystals

A theory of optical parametric amplification at high-frequency pumping in crystals with regular space modulation of the sign of the nonlinear coupling coefficient of interacting waves is developed. By applying the matrix method, the theory is based on a step-by-step approach. It is shown that, in the case where the pumping intensity is less than some critical value, the spatial dynamics of the signal intensity inside a separate layer with a constant nonlinear coefficient has an oscillatory behavior and the change of the signal intensity from layer to layer is defined, in general, by a polynomial dependence. The same law is valid for the change of variance of the signal's quadrature components. With a large number of layers, these dependences can be reduced to the well-known ones for homogeneous nonlinear optical crystals.