基于光子晶体光纤的高纯度量子关联光子对的制备

使用脉冲光在室温下抽运一根长1 m 的高非线性光子晶体光纤, 产生了中心波长分别位于830 nm 和1411 nm的具有量子关联性的闲频与信号光子. 实验中闲频和信号通道的带宽分别是15 nm和35 nm. 对单通道光子计数率的拟合结果显示光子几乎全部来源于光纤中的自发四波混频过程, 未受到Raman散射噪声的影响. 当闲频和信号通道的光子产生率约为每脉冲0.0085个时, 测得符合计数率与随机符合计数率的比值为102, 接近理论极限, 不仅证明了光子对的低噪声性, 而且表明所产生的光子对本身具有窄带频谱特性, 因而实验中对其收集效率很高. 此外, 这种高纯度关联光子对还联接了不同波段, 在量子信息技术中有着潜在的应用.     

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%。     

基于光子晶体光纤的全光波长变换研究

选用具有高非线性系数和非常灵活色散特性的光子晶体光纤(PCF)作为波长变换的媒质,对基于光子晶体光纤四波混频效应的波长变换进行了理论分析,设计实验系统,并进行了实验.实现了中心波长在1 550 nm附近、基于PCF四波混频效应的全光波长变换,最大转换效率－22 dB,转换带宽28 nm.     

光子晶体光纤在量子信息上的应用

先简单介绍光子晶体光纤相对于普通光纤的特点,然后重点阐述光子晶体光纤在量子信息上应用的优势。与其它方法,如基于非线性晶体自发参量下转换方法相比,利用光子晶体光纤能更有效地产生纠缠光子,并能与现有光纤传输系统良好兼容,从而表现出其在量子信息领域内的优越性及巨大的应用潜力。最后简要展望了光子晶体光纤在量子信息领域内的前景。     

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     

利用自发四波混频测量光子晶体光纤色散

使用脉宽为1.6ps的脉冲光抽运0.6m长的光子晶体光纤,测量由光纤中自发四波混频过程所产生光子对的频谱,并利用所获得的相位匹配数据确定了待测光纤的色散。当抽运光的中心波长以1nm的步长,在1037～1047nm的范围内变化时,通过可调谐滤波器和单光子探测器测量光子晶体光纤产生的信号和闲频光子对的频谱,从而获得11组四波混频相位匹配数据。然后使用阶跃有效折射率模型对所获得的相位匹配数据进行拟合,得出待测光子晶体光纤的纤芯半径和包层空气比的有效值分别为0.949μm和29.52%,并在此基础上计算了光纤的色散及全频谱范围内的四波混频相位匹配曲线。实验结果显示,曲线预测值与实测值之间误差小于0.1%。     

基于光子晶体光纤四波混频效应的波长转换研究

研究了光子晶体光纤中的四波混频效应及其波长转换.采用长度为25 m的高非线性色散平坦光子晶体光纤,当泵浦功率为19.8 dBm时,得到100 nm的转换带宽和-20 dB的最大转换效率.实验结果表明,当信号功率低于四波混频阈值时,两路不同波长的信号同时输入产生的四波混频效应互不影响.     

基于光子晶体光纤中四波混频效应的单到双非归零到归零码型转换

归零(RZ)码与非归零(NRZ)码是波分复用和时分复用系统中广泛采用的两种码型, 全光NRZ到RZ码型转换能完成从波分复用到时分复用的网络接口功能, 是未来透明光子网络中一项重要的全光信号处理技术. 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四波混频效应的单到双NRZ到RZ码型转换方法, 将一束信号光与同步时钟脉冲同时输入色散平坦高非线性光子晶体光纤中, 通过四波混频过程, 产生两个携带该数据信息的闲频光, 从而实现了单到双的NRZ到RZ码型转换功能, 码型转换器工作波长在193 nm范围可调谐, 最大转换效率为-21 dB, 最优消光比和品质因子分别为11.9 dB和7.2. 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优点, 同时, 光子晶体光纤特有的高非线与色散平坦性, 既避免了使用传统光纤需要较长的长度, 又避免了波长设置不灵活的弊端, 并具备可进一步增加带宽的能力, 且在码型转换的同时, 实现了波长转换, 完成了双通道波长组播功能. 整个系统为全光纤设计, 结构简单, 性能可靠, 并易于与现有的光纤通信系统相容, 对促进超高速大容量光子网络的发展具有重要意义. 关键词： 码型转换 四波混频 光子晶体光纤     

光子晶体光纤四波混频光谱中相位匹配特性的研究

与传统光纤不同,光子晶体光纤可以具有多个零色散波长,在四波混频光谱中,具有更丰富的相位匹配特性。目前很多文献报道了光子晶体光纤非线性光学特性的实验结果,但对其产生机理及光谱的变化规律缺乏详细的理论分析。为此对光纤中四波混频原理进行了分析,给出了高增益的相位匹配条件。利用多极法计算了光子晶体光纤的非线性系数及色散特性。对具有多个零色散波长光子晶体光纤的相位失配特性进行了分析,得到了相位匹配波长随泵浦波长及泵浦功率的变化规律。给出了相位匹配曲线,分析了不同色散曲线的相位匹配波长特点,两个零色散波长光子晶体光纤,在四波混频光谱中将激发出四个新的波长。实验得到了两个零色散波长光子晶体光纤的四波混频光谱,与理论分析一致,验证了相位匹配理论的可靠性。多个零色散波长光纤,能产生丰富的相位匹配曲线,会出现更多的四波混频波长,可以有效的控制光孤子及超短脉冲的四波混频及共振散射产生的光谱特性。为光子晶体光纤中基于四波混频的波长变换及超连续谱的研究提供了理论指导。     

光子晶体光纤中超连续谱产生的蓝移光谱分析

以理论和实验相结合的方法对光子晶体光纤中超连续谱产生的蓝移光谱进行了研究.实验研究了超连续谱蓝移光谱随入射激光的功率的变化,着重分析了光谱在短波方向展宽的机制.结果表明:在入射激光功率较低的情况下,利用包含色散、自相位调制、自变陡及脉冲内拉曼散射效应的非线性薛定谔方程可以准确地分析光谱的展宽情况,理论和实验结果一致;但是,当功率较高时,光谱展宽的蓝移部分理论和实验结果出现差别.因此,在理论和实验的基础上讨论了四波混频及交叉相位调制效应对超连续谱产生的影响,从而为超连续谱在短波方向的展宽提供了很好的实验和理论依据.     

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.     

冷原子系综中量子关联光子对的产生

本文在87 Rb冷原子系综中通过自发拉曼散射过程进行了量子关联光子对产生的实验研究,测量了关联光子对的产生率和二阶关联函数g(2)随写光激发率、读光功率以及写光失谐等实验参数的关系曲线。结果表明:随着写光激发率的增加,光子对产生率线性增加,g(2)则不断减小;在小的读光功率处,光子对产生率和g(2)随着读光功率增加而增大,当读光功率超过30 mW后,产生率和g(2)随着读光功率增加反而有所下降;写光频率失谐为-5 MHz时光子对产生率和g(2)均达到最低,增大或减小写光失谐产生率和g(2)均逐渐增加。通过选取合适的实验参数,光子对产生率达到18对/秒,同时g(2)为106。本文的研究结果为产生高质量的纠缠源提供了实验基础。     

冷原子系综中偏振关联光子对的产生和测量

我们在~(87)Rb冷原子系综中进行了关联光子对的产生和测量。通过自发拉曼散射过程,产生了一个Stokes光子和一个原子自旋波激发。利用电磁感应透明效应将存储在原子系综中的自旋波转化为一个anti-Stokes光子。在两相互正交的偏振基下,测量了Stokes光子和anti-Stokes光子之间的交叉关联函数。实验结果表明,交叉关联函数g~(2)达到~75,表现了强的非经典关联。基于现场可编程门阵列(FPGA)的自编程的多通道符合器被用于光子脉冲信号的采集和逻辑处理,大大提高了偏振关联光子对的产生和测量速度,为以后量子中继技术中的高效信息处理提供了重要基础。     

基于光纤中三阶非线性效应的量子关联光子对制备

光纤中的三阶非线性效应可用于多种量子态的制备,为量子信息的研究提供了一种有效的工具。光纤波导结构具有非线性作用长度长以及传输损耗低的特点,这可使非线性效应显著增强;而且波导结构中所产生的量子态具有纯净的空间模式,这有利于量子态的收集和操控;此外现有光纤和光纤器件具有工艺成熟、稳定高效和成本低廉的特点,这使得基于光纤的量子光源具有小型化、低成本以及可与现有光纤网络高效集成的优势。对基于光纤的量子关联光子对的制备工作进行回顾,主要内容包括利用不同种类的光纤实现不同波段、不同频谱特性的关联光子对,以及不同自由度的纠缠关联光子对。     

Theoretical Analysis of Spectral Correlations Between Photon Pairs Generated in Nanoscale Silicon Waveguides

Spontaneous four wave mixing in nonlinear waveguide is one of the excellent technique for generating photon pairs in well-defined guided modes. Here we present a comprehensive study of the frequency characteristic of correlated photon pairs generated in telecom C-band from a dispersion-engineered silicon wire waveguide. We have demonstrated that the waveguide configuration,shape of pump pulse,two-photon absorption as well as linear losses have significant influences on the biphoton spectral characteristics and the amount of frequency entanglement generated. The superior performance as well as the structural compactness and CMOS compatibility makes the silicon wire waveguide an ideal integrated platform for the implementation of on-chip quantum technologies.     

Theoretical Analysis of Spectral Correlations Between Photon Pairs Generated in Nanoscale Silicon Waveguides

Spontaneous four wave mixing in nonlinear waveguide is one of the excellent technique for generating photon pairs in well-defined guided modes. Here we present a comprehensive study of the frequency characteristic of correlated photon pairs generated in telecom C-band from a dispersion-engineered silicon wire waveguide. We have demonstrated that the waveguide configuration, shape of pump pulse, two-photon absorption as well as linear losses have significant influences on the biphoton spectral characteristics and the amount of frequency entanglement generated. The superior performance as well as the structural compactness and CMOS compatibility makes the silicon wire waveguide an ideal integrated platform for the implementation of on-chip quantum technologies.     

光子晶体光纤非线性光谱特性的理论与实验研究

光子晶体光纤具有特殊的导光机制和结构可调性,可以产生奇异的色散特性及高非线性,为非线性光纤光学领域的研究提供了新的条件。受多种非线性光学效应的共同作用,在不同泵浦光脉冲参数条件下,不同结构参数及传输特性的光子晶体光纤能产生丰富的非线性光谱。利用分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,模拟飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输过程,获得输出光谱与入射光脉冲参数(泵浦光峰值功率P、泵浦光波长λ、光脉冲形状、光脉冲宽度T_FWHM)、光纤结构参数(孔间距Λ、空气填充比d/Λ、光纤长度z)、传输特性(色散、非线性系数)的关系,分析拉曼孤子、色散波、自相位调制等非线性效应产生的光谱特性。利用光子晶体光纤包层节区进行非线性光学实验研究,获得了孤子波和色散波的宽带光谱输出。理论分析与实验测量的光谱中都包括了波长0.5 μm附近可见光波段的蓝移色散波、0.82 μm波段的剩余泵浦光、1.1 μm波段的孤子波、2 μm附近的红移宽带色散波。理论分析与实验测量结果一致,阐明光子晶体光纤中非线性光谱产生的物理原理,实现了对宽带光谱的可控输出,为高非线性光子晶体光纤的结构设计、制备及非线性光谱的应用研究奠定基础。     

基于纳米覆膜光纤F-P传感器的折射率光谱特性

采用层层组装和化学共价交联的方法对光纤Fabry-Perot (F-P)干涉传感器的端面进行了纳米聚电介质覆膜修饰,并实验研究了覆膜后传感器的折射率响应光谱特性。选择聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)和聚苯乙烯磺酸钠(PSS)为纳米覆膜材料,随着覆膜层数的增加,光纤F-P传感器的反射谱对比度呈现由高到低,再到高的规律,且反射谱对比度具有良好的温度稳定性。选取覆膜层数为20双层的光纤F-P传感器对一系列浓度的蔗糖和无机溶液进行了折射率光谱响应测试,实验测得折射率检测拐点由1.457延伸至1.4623,对低折射率物质的折射率灵敏度为24.53 dB·RI-1,对高折射率物质的折射率灵敏度为3.60 dB·RI-1,且均具有良好的线性。研究结果为光纤F-P传感器对低折射率物质的功能化检测提供了新方法。