基于色散位移光纤的高宣布式窄带单光子源

文章利用脉冲激光抽运色散位移光纤,通过自发四波混频过程产生的关联光子对,实验演示了一种光通讯波段的窄带宣布式单光子源. 实验测得-3 dB带宽为1.1 nm单光子场的二阶关联函数g⁽²⁾(0)=0.09±0.01,宣布效率可达0.5以上. 这种单光子源在量子通信中有潜在的应用前景. 关键词： 宣布式单光子 光纤 自发四波混频 量子通信     

脉冲抽运光啁啾对全光纤量子关联光子对纯度的影响

信号与闲置光子波长均为1550 nm 通信波段的全光纤关联光子对源, 具有低成本以及可与现有光纤网络低损耗连接的特点. 进一步优化其纯度, 将有助于提高这种量子光源的实用化程度.当抽运脉冲光在光纤中传输时, 由于色散和Kerr非线性效应的影响, 会不可避免地引入啁啾. 本文利用脉冲激光抽运零色散位移光纤, 研究了抽运光啁啾对关联光子对纯度的影响. 结果表明, 通信波段小失谐关联光子对的纯度随啁啾的增大而下降. 若采用变换极限的锁模激光为抽运源, 将有助于抑制Raman散射对自发四波混频的影响, 提高光子对的纯度. 关键词： 关联光子对 光纤 自发四波混频 啁啾     

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%。     

长脉冲抽运光子晶体光纤四波混频和超连续谱的理论研究

本文数值研究了长脉冲抽运光子晶体光纤四波混频和超连续谱的产生.依据准连续波近似下的相位匹配条件和能量守恒定律,能够理论上确定在光子晶体光纤正常色散区抽运时,四波混频效应产生的信号光和空闲光波长;以及在光纤反常色散区抽运时,调制不稳现象产生的两个对称旁瓣波长.利用自适应分步傅里叶法,定量地模拟了利用波长为1064 nm的亚纳秒激光器抽运两种不同色散特性的光子晶体光纤四波混频效应和超连续谱的产生,模拟结果与实验结果符合非常好. 关键词： 光子晶体光纤 超连续谱 四波混频 自适应分步傅里叶法     

基于光子晶体光纤关联光子对频谱特性的研究

为了研究光子品体光纤在800 nm波段关联光子对的频谱特性.基于自发四波混频得到了脉冲抽运光产生的光子对的相位匹配函数和频谱甬数.数值计算、证明闲频光中心波长取796 nm时的频谱对称性最好;在假设闲频光频率为单一频率的前提下,利用简化频谱函数的表达式,通过改变光子晶体光纤零色散点色散斜率和非线性系数,以及抽运光的入射中心波长,进一步讨论了抽运光和光子晶体光纤参数变化对信号光和闲频光频谱函数的影响及变化规律.提出了有利于产生高纯度纠缠光子对的光纤参数和抽运光参数,结果对于在800 nm波段发展光子晶体光纤纠缠光子源的实验具有指导和参考意义.     

基于光子晶体光纤中多抽运四波混频效应的新型光层组播技术

光层组播是未来透明光子网络中一项重要的全光信号处理功能,提出并实验证实了一种基于色散平坦高非线性光子晶体光纤中多抽运四波混频效应的光层组播方法,将一束信号光与两束连续抽运光同时输入高非线性光子晶体光纤中,通过多抽运四波混频过程,产生四个携带该数据信息的闲频光,从而实现了单一信号的四信道光层组播功能,组播信道波长在35.2 nm范围可调谐,组播信道最大间距4.4 THz,最大转换效率-22 dB,最优Q因子为5.3,该方法的特点在于基于光纤中的四波混频效应工作,因而具有对调制格式和比特率透明的 关键词： 光层组播 多抽运四波混频 光子晶体光纤     

基于光子晶体光纤中双抽运四波混频效应的非归零到归零码型转换实验研究

提出并实验证实了利用色散平坦高非线性光子晶体光纤中双抽运四波混频效应实现非归零 (NRZ)到归零(RZ)码型转换的新方案, 将一束NRZ信号光与两束同步时钟脉冲光同时注入光子晶体光纤, 通过双抽运四波混频效应产生两个闲频光, 经过光学滤波后即可完成单到双全光NRZ-RZ码型转换. 与基于常规单抽运四波混频效应的码型转换方式相比, 本设计方案由于采用了双抽运四波混频效应, 因此具有双路组播信号波长可彼此独立选取的优点. 分析了码型转换器的波长调谐性及对输入光功率波动的容忍性, 得到转换信号的最优消光比和Q 因子分别为15 dB和5.4. 研究结果表明, 本方案既具有对比特率和调制格式透明的优点, 又避免了使用单抽运四波混频效应进行码型转换时两路组播信号波长相互制约的弊端, 且实现了全光波长转换和波长组播功能. 关键词： 码型转换 四波混频 双抽运 光子晶体光纤     

利用交叉相位调制和四波混频制作的时间透镜的仿真分析

利用高非线性光纤中的交叉相位调制和四波混频分别在仿真中实现了时间透镜. 对基于交叉相位调制的时间透镜中的高非线性光纤中的非线性过程进行了仿真分析. 仿真结果表明, 该时间透镜的主要影响因素为色散、自相位调制与四波混频; 通过采用带有一定色散斜率的高非线性光纤可同时消除色散、自相位调制和四波混频的影响; 另外, 该高非线性光纤的色散零点最好选在信号脉冲和抽运脉冲波长的中心附近. 然后对基于四波混频的时间透镜的实现进行了仿真分析. 仿真结果表明, 该时间透镜的主要影响因素为色散、 自相位调制和其他的四波混频; 通过设定合适大小的信号脉冲和抽运脉冲的功率可消除自相位调制和其他的四波混频的影响; 另外, 通过在高非线性光纤中引入一定的色散可进一步提高信号脉冲和抽运脉冲的功率, 从而获得更高功率的输出脉冲. 最后对两种时间透镜系统做出了比较. 关键词： 光脉冲压缩 时间透镜 交叉相位调制 四波混频     

Sagnac光纤环制备并分离简并关联光子对的实验研究

光纤中自发四波混频过程产生的频率简并关联光子对是实现量子信息处理和高精密测量的重要资源.Sagnac光纤环是制备简并关联光子对的典型装置,利用环中的对向传播光子对在50/50分束器的量子干涉,实现两个孪生简并关联光子的空间分离.本文利用两束不同波长的脉冲光抽运由300 m色散位移光纤和50/50分束器组成的Sagnac光纤环,通过环中单模光纤色散引入的相位差控制光子对的对向传播相位差,获取了空间模式分离的窄带简并关联光子对.     

基于光纤四波混频效应的新型组播方法

组播是波长路由光通信网络中的一项重要功能.提出并实验实现了基于高非线性光纤四波混频效应的全光组播方法,将一束载有数据的输入信号光和一束抽运光一起入射到一段高非线性光纤中,通过两个简并四波混频过程产生了两个携带该数据信息的闲频光,从而实现了单一信号的两信道组播,同时抽运光也会受到数据信息的调制.该方法的优点在于组播的实现只需要单一的抽运光源,而不需要再提供其他输入光,结构简单,组播光信号功率均匀、波长可调,并且具有进一步增加组播信道的能力. 关键词： 组播 四波混频 高非线性光纤     

Photonic Crystal Fiber Source of Quantum Correlated Photon Pairs in the 1550nm Telecom Band

A source of quantum correlated photon pairs in the 155Onto telecom band obtained by a pumping 11 m photonic crystal fiber with lOps pulse trains is experimentally demonstrated. We investigate how the birefringence of the fiber influences the purity of the photon pairs. We also present the frequency correlation of the signal and idler photon pairs. The experimental results are useful for developing a compact source of photon pairs well suited for quantum communication.     

Efficient generation of correlated photon pairs in a microstructure fiber

We report efficient generation of correlated photon pairs through degenerate four-wave mixing in a microstructure fiber. With 735.7 nm pump pulses producing correlated signal (688.5 nm) and idler (789.8 nm) photons in a 1.8 m microstructure fiber, we detect photon pairs at a rate of 37.6 kHz with a coincidence/ accidental contrast of 10:1 with deltalambda = 0.7 nm. This is the highest rate to our knowledge reported to date in a fiber-based photon source. The light source is highly nonclassical as defined by the Zou-Wang-Mandel inequality, which is violated by 1100 times the uncertainty.     

Generation of photon pairs in dispersion shift fibers through spontaneous four wave mixing: Influence of self-phase modulation

Correlated signal and idler photon pairs with small detuning in the telecom band can be generated through spontaneous four-wave mixing in dispersion shift fibers. However, photons originated from other nonlinear processes in optical fibers, such as Raman scattering and self-phase modulation, may contaminate the photon pairs. It has been proved that photons produced by Raman scattering are the background noise of photon pairs. Here we show that photons induced by self-phase modulation of pump pulses are another origin of background noise. After studying the dependence of self-phase modulation induced photons in signal and idler bands, we demonstrate that the quantum correlation of photon pairs can be degraded by the self-phase modulation effect. The investigations are useful for characterizing and optimizing an all fiber source of photon pairs.     

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.     

Differential-phase quantum key distribution experiment using a series of quantum entangled photon pairs

We report what we believe to be the first differential-phase quantum key distribution experiment using a series of quantum entangled photon pairs. We employed two outstanding techniques. As an entangled photon source, we used a 1.5 microm band entangled photon pair source based on spontaneous four-wave mixing in a cooled dispersion-shifted fiber. As receivers, photon pairs were actively phase modulated with LiNbO3 phase modulators followed by very stable planar light-wave circuit Mach-Zehnder interferometers, which provided two nonorthogonal measurements. As a consequence, we successfully generated sifted keys with a quantum bit error rate of 8.3% and a key generation rate of 0.3 bit/s and revealed the feasibility of this QKD scheme.     

Robust Ghost Imaging Based on Degenerate Spontaneous Parametric Down-Conversion

In traditional ghost imaging, the entangled photon pairs produced from the spontaneous parametric down conversion(SPDC) process are used. There is an intrinsic disadvantage that the utilization efficiency of the photon pairs is very low. Inasmuch as all the correlated photon pairs produced by the degenerate SPDC process can be used to record the image of an object, the ghost imaging scheme we present here has a higher utilization efficiency of the photon pairs. We also investigate the robustness of our experimental scheme. The experimental results show that, no matter whether the photon-pair source is two light cones or two beam-like spots, the clear image of the object can be obtained. The slight rotation of the nonlinear crystal has no influence on the imaging quality.Our experimental results also demonstrate that when the part of the photon-pair source in the signal path or the idler path is blocked by unwanted things, the clear ghost image of the object can still be recorded.     

两个独立全光纤多通道光子纠缠源的Hong-Ou-Mandel干涉

独立光子源的干涉是实现复杂量子体系应用(比如多光子纠缠态产生和量子隐形传态等)的核心技术.利用100 GHz密集波分复用技术,实现了1.55μm全光纤多通道独立纠缠光子源的Hong-Ou-Mandel干涉,在不去除暗符合(随机符合计数)的情况下,可见度为53.2%±8.4%,去除暗符合可见度可达到82.9%±5.3%.给出了关于色散位移光纤中基于自发四波混频过程产生的单光子光谱纯度严格的理论描述,模拟了抽运脉冲宽度和滤波器带宽对单光子光谱纯度的影响,并给出了理论上的最佳条件(最佳的抽运脉冲宽度为8 ps,高斯滤波器带宽为40 GHz及以下).在测量Hong-Ou-Mandel干涉之前,先测量了液氮冷却状态下的色散位移光纤关联光子源的符合和随机符合比率,在抽运功率为23μW的情况下,最大比率可以达到131.Hong-Ou-Mandel干涉在高精度光学测量、测量装置无关的量子密钥分配等应用中扮演着极为重要的角色.