自发参量下转换双光子场应用研究进展

文章介绍了自发能量下转换双光子场的概念,重点总结了自发参量下转换双光子场应用研究的进展状况,并对该研究领域的发展进行了展望。     

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.     

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。     

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。     

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.     

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     

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。     

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。     

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：     

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.     

飞秒激光泵浦Ⅰ类BBO晶体中自发参量下转换的研究

实验研究了飞秒脉冲激光泵浦Ⅰ类BBO晶体中自发参量下转换效应,以及产生的彩色锥形辐射现象.系统分析了各参量对二次谐波转换效率及彩色锥形辐射现象的影响.研究结果表明:蓝绿色锥形辐射具有最大的发散角,这与相位匹配理论模拟结果吻合;正入射时,增大泵浦光强及晶体厚度均会引起彩色锥形辐射亮度增加,且最大出射角中心波长往长波移动;...     

飞秒激光泵浦I类BBO晶体中自发参量下转换的研究

实验研究了飞秒脉冲激光泵浦I类BBO晶体中自发参量下转换效应,以及产生的彩色锥形辐射现象.系统分析了各参量对二次谐波转换效率及彩色锥形辐射现象的影响.研究结果表明:蓝绿色锥形辐射具有最大的发散角,这与相位匹配理论模拟结果吻合|正入射时,增大泵浦光强及晶体厚度均会引起彩色锥形辐射亮度增加,且最大出射角中心波长往长波移动|不同光束偏振态下可依次观察到彩色锥形辐射、超连续现象.     

高增益自发参量下转换光的关联成像

本文研究了高增益自发参量下转换光的关联成像。在高增益自发参量下转换光束中，既存在信号光和闲置光之间的量子纠缠关联，每束光自身还满足热光统计性质，具有经典热光关联。因此可以利用高增益自发参量下转换过程同时产生两种关联成像方式：纠缠双光子关联成像和热光关联成像。本文比较了纠缠双光子关联成像和热光关联成像的异同，并详细讨论了各种成像条件下高增益自发参量光源的关联成像。     

飞秒激光泵浦I类BBO晶体中自发参量下转换的研究

实验研究了飞秒脉冲激光泵浦I类BBO晶体中自发参量下转换效应,以及产生的彩色锥形辐射现象.系统分析了各参量对二次谐波转换效率及彩色锥形辐射现象的影响.研究结果表明:蓝绿色锥形辐射具有最大的发散角,这与相位匹配理论模拟结果吻合;正入射时,增大泵浦光强及晶体厚度均会引起彩色锥形辐射亮度增加,且最大出射角中心波长往长波移动;不同光束偏振态下可依次观察到彩色锥形辐射、超连续现象.     

基于参量下转换自校准辐射基准源原理样机的光机设计

为满足全球气候观测、定量化遥感等超高精度定标需求,研制了基于参量下转换自校准辐射基准源原理样机,设计时充分考虑原理样机模块化、轻量化与集成化.对探测器模块关键部位结构进行静力学分析,结果显示由零件形变导致探测器光敏面位置偏移21μm,探测器光敏面直径为180μm,透镜聚焦的光子光斑直径为16μm,光斑可全部进入探测器光敏面,满足设计需求.用微光相机观察各探测器前光子光斑,结果显示光斑形状规则、大小完整,用单光子探测器采集相关光子,通过符合测量绘制出八通道四对相关光子符合峰,验证了原理样机整机结构设计达到设计目标.     

简并参量下转换光场的统计性质

通过经(?)泵浦场的简并参量下转换过程的薛定谔方程的解,讨论了简并参量下转换光场的统计性质.     

双折射光纤中拉曼效应对参量放大增益谱的影响

根据激光脉冲在光纤中传输时, 所满足的波动方程, 导出了拉曼效应和参量放大共同作用下, 在双折射光纤中所遵循的耦合模方程, 并引入平行拉曼增益的洛伦兹模型, 给出了输入抽运波偏振方向同双折射轴成45^o 时, 拉曼效应和参量放大共同作用所导致的增益. 讨论并分析了拉曼效应在不同色散区对参量放大增益谱的影响. 结果表明, 在考虑拉曼效应后, 使得参量放大斯托克斯波与反斯托克斯波增益谱彼此不对称; 在反常色散区, 产生的增益以反斯托克斯波为主, 正常色散区则以斯托克斯波为主.     

基于连续和脉冲激光泵浦的相关光子实验比对

为在相关光子定标技术工程化过程中选择合适的泵浦机制及相位匹配模式,开展了基于连续和脉冲激光的相关光子比对实验.采用355nm连续激光泵浦偏硼酸钡晶体产生相关光子对,对晶体吸收、透射损耗以及光学元件透过率进行测量和修正,同时使用基于时间幅度转换的符合测量方法,得到单光子探测器量子效率为59.15%.利用518nm脉冲激光泵浦周期极化磷酸钛氧钾晶体,采用准相位匹配技术获取相同波段的相关光子,基于时间幅度转换的符合测量方法得到单光子探测器量子效率为59%.比对实验结果,两套定标装置方法的测量结果之差在0.25%以内,主要误差来源于单光子探测器的响应非线性、光路透过率修正误差和单光子探测量子效率面非均匀性.实验结果验证了相关光子定标技术可随时随地复现的优点,以及相关光子定标结果不受泵浦机制差异和实验装置差异的影响,可为相关光子技术工程化中的激光器工作模式和相位匹配方式的选择提供参考依据.