共线和非共线模式下单光子探测器定标比对实验研究

采用相关光子法定标单光子探测器的量子效率对提高光学载荷的辐射定标准确度具有重要意义.利用355nm连续激光泵浦BBO晶体产生Ⅰ类自发参量下转换,在共线和非共线两种相位匹配模式下分别测量了单光子探测器雪崩光电二极管在736nm波段的量子效率.结果表明,共线和非共线两种模式测量结果的合成不确定度分别为0.71%和0.39%,相对偏差均优于0.4%,这两种模式都可以定标探测器量子效率,且具有很好的一致性.最后比较了两种模式定标探测器量子效率的优缺点,该研究为以后利用相关光子法对遥感器进行辐射定标提供了晶体相位匹配模式选择的依据.     

自发参量下转换实现量子非线性逻辑操作方案

自发参量下转换作为一种重要的非经典光场的产生过程,在基础量子光学实验研究、量子通讯、量子计算等领域有着重要的应用.由于参量过程产生的光场具有单光子量子统计特性,在量子通讯中,在提高信息容量,确保信息安全,避免通讯传输过程中的信号窃取等方面具有经典信息无法比拟的优越性.利用I类BBO晶体作为参量下转换,实验上研究了425 nm飞秒脉冲泵浦的下转换光的量子统计分布,并提出了实现量子非线性逻辑门的可行性方案.     

基于偏振纠缠光子对的单光子源

提出了一种基于参量下转换纠缠光子对获得单光子源的实验方案,并对实验的光路、数据采集方面做了详细介绍.实验结果显示,由此方案获得的单光子源的品质要优于弱相干光式的单光子源两个数量级,即多光子光脉冲出现的概率降低了100倍.实验结果表明此方案有望得到实际应用. 关键词： 单光子源 参量下转换 反符合测量     

单光子态的产生与测量

报道了通过自发参量下转换产生单光子态的实验研究,使用中心波长425 nm的飞秒脉冲泵浦Ⅰ类非共线相位匹配的BBO晶体,在实验上得到单光子计数率为2.978×10-4,并分析了实验中的相关问题.     

测量带宽对量子鬼成像的影响

利用自发参量下转换产生的信号光与闲置光光子对的动量关联特性可以实现量子鬼成像,有限的测量带宽限制了量子鬼成像的物像空间范围。本文利用飞秒脉冲泵浦I类非共线匹配的自发参量下转换过程产生关联光子对,从量子鬼成像出发,分析了实验过程中测量带宽对量子鬼成像所造成的影响,指出量子鬼成像的结果将受到测量所使用的滤波器线型的影响。最后,文章给出了利用滤波器线型归一化的修正方法,并给出了归一化修正后的量子鬼成像实验结果。     

量子纠缠实验中SPDC光谱分布的计算分析与实验研究

理论分析了量子纠缠教学实验中用于纠缠光子对产生的Ⅱ类自发参量下转换(SPDC)光场的光谱分布特征,通过数值模拟给出403nm连续激光光源通过BBO晶体产生的Ⅱ类SPDC光场信号光分布曲线.据此设计了SPDC过程产生的806nm光子分布测量实验,实验结果与模拟结果一致.     

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BBO光参量放大中闲频光二次谐波的产生

由于相位匹配条件和非线性晶体透光范围的限制，400nm蓝光抽运的飞秒β-BaB₂O₄（BBO）光参量放大（OPA）输出的参量光调谐范围有限，很难得到波长小于460nm的蓝光和近紫外光.实验采用1kHz钛宝石九通啁啾脉冲放大器的倍频蓝光作抽运光，超连续白光 作种子光，在Ⅰ类非共线相位匹配条件下，利用宽带的飞秒BBO OPA，在一定的实验参数下 获得了530—810nm放大的信号光，以及810nm—17μm波段范围的闲频光.与此同时 ，还获得了410—700nm连续可调的闲频光的二次谐波，其与闲频光层叠分布，单脉冲能量 为26μJ，转换效率大于5%.仅利用单块晶体的飞秒BBO OPA就可以获得410—810nm连 续可调的飞秒脉冲输出，从而为更多研究和应用的需要提供了重要的光源.对飞秒光参量放 大中闲频光二次谐波产生的条件也进行了理论分析. 关键词： 二次谐波 闲频光 非共线相位匹配 飞秒光参量放大     

半导体自组织量子点量子发光机理与器件

介绍了自组织量子点单光子发光机理及器件研究进展.主要内容包括：半导体液滴自催化外延GaAs纳米线中InAs量子点和GaAs量子点的单光子发光效应、自组织InAs/GaAs量子点与分布布拉格平面微腔耦合结构的单光子发光效应和器件制备,单量子点发光的共振荧光测量方法、量子点单光子参量下转换实现的纠缠光子发射、单光子的量子存储效应以及量子点单光子发光的光纤耦合输出芯片制备等.     

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.     

多波段相关光子光谱分布与时间相关性测量实验研究

基于相关光子的定标技术能够实现“无标准传递”绝对定标,研究相关光子的光谱辐射特性及时间相关特性对遥感器在宽波段的辐射定标具有重要意义。为满足光电探测器在宽谱段量子效率定标需求,基于相关光子的定标技术有必要从单一波段向更多波段扩展。根据自发参量下转换所满足的相位匹配条件,推导出相关光子在晶体内的非共线角计算公式,通过数值模拟相关光子光谱辐射角度分布规律,优化晶体相位匹配角,使得自发参量下转换产生的相关光子具有宽光谱分布,并且相关光子辐射角度与光谱波长能够一一对应。根据光谱分布数值模拟结果,建立了多波段相关光子的光谱分布和时间相关性测量实验系统,利用该系统测量了四对相关光子的光谱分布、符合计数、相关时间以及偏振特性。其中,测量的光谱分布范围为633~808 nm,最大光谱分布测量偏差为1.51 mm,光谱分布实验测量结果与数值模拟结果符合一致;测量了四对相关光子对的相关时间,最小相关时间为0.32 ns,并在实验中观察到了“符合三峰”现象;相关光子单光子计数及符合计数与泵浦光的偏振方向呈正弦函数关系。实验研究表明,相关光子对具有可见光~近红外宽波段分布、时间相关及偏振特性。论文研究结果在国内外尚属首次报道,该研究结果有望应用于光电探测器在多波段的辐射定标。     

光折变二波混频的非经典效应

提出并从实验上演示了一种利用光折变晶体中的二波混频过程产生非经典光的方法.由于光折变晶体的三阶非线性效应,信号光束从较强的泵浦光束获得能量,被放大,同时泵浦光束的噪声被降低,对单光子量级的泵浦光束其量子噪声可被降低.用强度为单光子流的He-Ne 激光在光折变晶体BaTiO3内形成简并二波混频,测量输出的泵浦光的光子计数率,同时监测晶体前激光(相干态光)的光子计数率,求得泵浦光的Fano因子为0.98,即相干态的泵浦光转换成亚泊松光.由于激光器本身的功率不太稳定、探测效率不为100%等因素的影响,实际的Fano因子应比测量值更小.这是一种获得亚泊松非经典光的简便有效的方法.     

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%。     

通信波长频率一致纠缠光源的频谱测量

本文利用光栅单色仪实现了对超短脉冲抽运周期极化磷酸氧钛钾晶体产生的通信波长频率一致纠缠光子源的频谱特性分析.测量到双光子的联合频谱呈正关联分布,为频率一致纠缠光源.信号光、闲置光中心波长分别为1574.4 nm和1574.9 nm,频谱宽度分别为35.3 nm和37.6 nm,双光子符合包络宽度约为3 nm.根据单光子频谱宽度与双光子符合包络宽度的比值可以得到双光子的频率纠缠参量R约为12,表征了信号光子与闲置光子之间具有较高的频率纠缠度.     

基于单个BBO晶体载波包络相位稳定的高效率光参量放大器

基于单个BBO非线性晶体,利用非共线光参量放大技术,研究了载波包络相位稳定的高效率可调谐近红外脉冲产生.以载波包络相位稳定的飞秒激光放大系统产生的白光作为种子光,注入一个二类匹配的二级光参量放大器,在1350 nm波段获得抽运-信号光34%的转换效率.利用f—2f光谱相干测量技术,放大脉冲载波包络相位的抖动30 min内小于137 mrad.该方法提供了一种简单高效的载波包络相位稳定的红外脉冲产生技术.     

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：     

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.     

基于光束偏转的扫描式宽带光参量啁啾脉冲放大

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)是超短激光脉冲领域的重要技术之一,增大增益带宽对提高OPCPA的转换效率、实现宽带光参量放大具有重要的意义.本文将光束偏转和非共线OPCPA有机结合,提出了基于光束偏转的扫描式宽带OPCPA模型.分析了通过光束偏转来时刻改变非共线角,以保证各频率成分的相位匹配,从而增大增益带宽的基本原理.采用提出的扫描式宽带OPCPA,针对800 nm中心波长、带宽约为100 nm信号光的光参量放大进行了数值计算.结果表明:经过扫描式OPCPA后,信号光的带宽与放大之前几乎相同,光谱没有窄化;扫描式OPCPA比固定非共线角方式的放大极大地增加了增益带宽和转换效率,实现了宽带的光参量放大;要满足信号光各频率成分的相位匹配,达到最大的增益带宽和转换效率,需要尽量减小加载到钽铌酸钾(KTa_(1-x) Nb_xO_3, KTN)电光晶体上的电压抖动和电压延时.     

基于微型光学偶极阱中单个铯原子俘获与操控的852 nm触发式单光子源

基于单原子操控的单光子源具有窄带宽、可与同类原子吸收线匹配、基本不受外界环境因素的影响等特点,在量子光学基本问题研究及量子信息处理等方面具有重要价值.本文研究了强聚焦1064 nm基模高斯光束形成的光学偶极阱中铯原子6S_(1/2)|F_g=4,mF=+4-6P_(3/2)|F_e=5,m_F=+5循环跃迁的光频移,并在实验上进行了测量.基于共振脉冲光激发俘获在远失谐微型光学偶极阱中的单个铯原子,实验演示了10 MHz重复频率的触发式852 nm单光子源.采用基于单光子探测器的Hanbry Brown-Twiss实验系统,对单光子源的二阶相干度进行了测量,零延时处符合计数值为0.09,实验显示单光子源呈现显著的光子反群聚特性.     

超短激光脉冲波形的单次测量技术

提出了一种测量单次超短激光脉冲波形的三阶相关技术.该技术有别于频率分辨光开关法或自参考光谱相位相干电场重构法,技术上采用级联的方式,借助倍频晶体以及和频晶体的非共线频率转换,将双延迟的三阶强度相关信号转换为对应的二维空间强度分布,通过测量双延迟的二维三阶相关信号,无需测量光谱信息,利用解析方法获得脉冲的时间波形;再将它与对应的光谱相结合,利用Gerchberg-Saxton算法,可以准确获得激光场强的时间特性.该测量技术结构简单、算法简便,既适用于单次超快激光脉冲测量,也适用于高重频测量.