自发参量下转换机理及应用研究综述

自发参量下转换(spontaneous param etric down-conversion,SPDC)光场是一种非经典光场,它是由单色泵浦光子流和量子真空噪声对非线性晶体的综合作用而产生的。基于量子理论解释了SPDC光场的产生机理,说明从经典理论如何理解SPDC光场。较全面介绍了SPDC光场的非经典特性及在激光技术、遥感、量子通讯等领域的应用研究进展,展望了它应用研究的发展方向与前景。     

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。     

自发参量下转换双光子场绝对校准光电探测器的方法研究

讨论了一种基于自发参量下转换双光子场绝对校准光电探测器灵敏度的新方法,着重推导了对自发参量下转换过程中产生的单光子的探测概率和双光子的符合速率,从而阐明了绝对测量光电探测器量子效率的原理.基于这一方法对光子计数型光电倍增管的响应灵敏度进行了测量,并将实验结果与常规方法测得的结果进行了比较.关键词：     

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。     

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.     

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。     

基于自发参量下转换产生参量荧光的光谱分布特性理论分析

采用放大传递函数理论模拟和分析了基于自发参量下转换产生参量荧光的光谱分布特性,结果表明：非简并态下随着相位匹配角的增大,参量荧光空间强度角分布呈现变大趋势,而整个荧光光谱成分的分布逐渐倾向于连续的弱分布状态.对于简并态附近出现荧光光谱具有宽带宽集中分布的特征,采用两种不同的抽运光脉冲进行了对比分析,并且对此特征关于相位匹配角变化的敏感特性,采用放大传递函数和光谱成分概率分布函数两种不同理论的模拟结果一致.关键词：参量下转换参量荧光     

飞秒脉冲泵浦的Ⅱ类BBO晶体自发参量下转换光谱分布特性

在理论上分析了飞秒脉冲泵浦的Ⅱ类共线的自发参量下转换信号光与闲置光光谱的分布特征.由于非线性晶体色散的影响,信号光与闲置光光谱分布不完全相同,且这种差异会随着泵浦谱宽的增加而加大.同时在实验上测量了Ⅱ类共线匹配的下转换信号光与闲置光的光谱分布.将理论分析与实验结果进行对比,变化趋势是一致的.本文对连续变量单光子探测中的模式匹配及光子对四阶干涉的条纹可见度等相关量子光学测量有一定的指导意义.     

Adjusting the properties of the photon generated via an optical parametric oscillator by using a pulse pumped laser

The cavity-enhanced spontaneous parametric down-conversion far below threshold can be used to generate a narrow-band photon pair efficiently. Previous experiments on the cavity-enhanced spontaneous parametric down-conversion almost always utilize continuous wave pump light, but the pulse pumped case is rarely reported. One disadvantage of the continuous wave case is that the photon pair is produced randomly within the coherence time of the pump, which limits its application in the quantum information realm. However, a pulse pump can help to solve this problem. In this paper, we theoretically analyze pulse pumped cavity-enhanced spontaneous parametric down-conversion in detail and show how the pump pulse affects the multi-photon interference visibility, two-photon waveform, joint spectrum and spectral brightness.     

脉冲光场作用下啁啾双光子量子特性研究

基于量子理论和非线性光学,研究了脉冲光场作用啁啾准相位匹配非线性晶体的第Ⅱ类自发参变下转换过程中,脉冲宽度和啁啾系数对产生的纠缠双光子特性及Hong-Ou-Mandel (HOM)量子干涉结果的影响.结果表明,啁啾系数一定时,随着脉冲宽度的增加,双光子谱的不可区分性降低,HOM量子干涉可见度下降.当脉冲宽度一定时,随着啁啾系数的增加使双光子谱带宽增加,HOM量子干涉陷落变窄,双光子谱的不可区分性增强,从而提高了相干精度和干涉可见度.理论上得到了超宽带的双光子谱和对应超窄的HOM量子干涉图.     

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。     

非简并参量下转换过程中的量子导引性质

本文研究了非简并参量下转换过程中量子导引的特性。研究发现:在短时区域,光场间可以实现双向的量子导引。在稳态区域,光场间只能实现单向的量子导引,双向的量子导引不能产生,并且若光场具有相同的耗散速率,则量子导引不可形成;相比于导引光场,被导引光场则需具有更大的耗散速率。此外还发现在阈值点附近,没有稳定的量子导引产生。     

Quantum interference and diffraction of parametric down-converted biphotons

We present two-photon diffraction and interference experiments utilizing parametric down-converted photon pairs (biphotons) and a transmission grating. The biphoton exhibits a diffraction-interference pattern equivalent to an effective single particle with half wavelength of the constituent photons.     

基于条件参量下转换光子对的非正交编码诱惑态量子密钥分发

诱惑态方法和非正交编码协议可以有效的抵制光子数分束攻击,所以近来得到了广泛的关注.这里结合了这两种方法提出了一种新方案,光源采用呈泊松分布的参量下转换光子对,发送方随机的改变抽运光的强度获得不同强度的信号光,信号态用来产生密钥,诱惑态用来监测窃听,并估算单光子和两光子的计数率和量子误码率,模拟了密钥产生率与传输距离的关系曲线,分析了该方案可以进一步提高安全量子密钥分发的性能.     

计算混沌光场熵的新方法

熵是量子光场的一个重要物理量,我们给出求混沌光场对应的热态的新方法,即有序算符内的积分方法,在此基础上计算光场的熵十分简捷。