基于周期极化KTiOPO4晶体的高亮度纠缠源研制

量子纠缠是量子信息领域的核心资源,目前利用β型硼酸钡(BBO)晶体参量下转换制备的纠缠光子对的亮度较低,它直接制约了量子通信的最远距离,已无法满足星地实用化量子通信的发展需求.利用周期极化KTiOPO4晶体,采用准相位匹配技术设计产生了一种后选择的纠缠源,测得的符合计数达到了16×103s-1 mW-1,极化对比度达到27∶1,在亮度上比基于BBO的量子纠缠光源提高了一个数量级以上.这一高亮度的纠缠源可以广泛应用于量子密钥分发、量子隐形传态以及量子计算等新兴量子信息领域,为实现全球化量子通信提供了有力的保障.     

面向空间平台的小型化量子纠缠源

随着量子信息科学的迅速发展,以光子为物理载体的量子纠缠源已成为量子非定域性检验、量子通信、量子计算以及量子精密测量等领域必不可少的资源和重要技术手段。利用非线性介质中的自发参量下转换过程,从早期的β相偏硼酸钡晶体到后来的基于准相位匹配的周期性极化晶体等,双光子极化纠缠源凭借其在亮度和品质方面的优势得到了快速发展,这为基于卫星平台的广域量子通信和量子物理的基础检验提供了可能。从基本原理出发,系统介绍了近年来面向空间平台应用的量子纠缠源的发展和最新成果,特别是以“墨子号”量子科学实验卫星为代表的星载量子纠缠源载荷;此外,对国际上近几年关于星载量子纠缠源的进展以及未来发展趋势也进行了较为全面的介绍和分析。     

周期极化KTiOPO4晶体和频单块非平面环形腔激光产生连续单频589nm黄光

单次通过周期极化KTiOPO₄晶体和频单块非平面环形腔1064 nm与1319 nm激光产生连续单频589 nm黄光. 通过琼斯矩阵模拟计算对单块非平面Nd:YAG晶体参数进行了优化设计, 实验获得1080 mW和580 mW的连续单频1064 nm和1319 nm激光输出. 两束激光单次通过周期极化KTiOPO₄晶体和频产生14.8 mW, M²=1.14的589 nm黄光, 相应的和频效率为0.9%. 研究了周期极化KTiOPO₄温度对和频效率的影响, 得到其温度接收带宽为1.5℃. 通过改变1064 nm Nd:YAG晶体的温度可实现589 nm黄光波长精确对应钠原子D_2a吸收谱线, 调谐精度达到0.164 pm.     

利用周期性极化KTiOPO4晶体参量缩小过程产生明亮振幅压缩光

利用周期性极化KTiOPO₄晶体构成的连续准相位匹配简并光学参量缩小谐振腔， 获得了注入红外的明亮正交振幅压缩光.参量振荡阈值为35mW.当抽运光功率为20mW时，测得压缩度为223dB，特别是当抽运光功率为8mW时，测得压缩度为217dB. 关键词： 准相位匹配 简并光学参量放大器 明亮振幅压缩光     

超短脉冲抽运下频率一致纠缠光源量子特性实验研究

利用自发参量下转换过程产生的频率纠缠光源在量子信息处理及相关领域中 具有十分重要的应用. 本文利用中心波长为792 nm, 脉冲宽度小于20 fs的脉冲激光源抽运满足II类准相位 匹配条件的周期极化磷酸氧钛钾晶体, 实验产生了偏振相互正交的频率一致纠缠光子对. 基于Hong-Ou-Mandel干涉仪的二阶量子符合干涉装置, 测量到该纠缠双光子对的干涉可见度约为42%, 表明其频率不可分特性较理想频率一致纠缠光源大大降低. 通过理论分析给出, 由于超短脉冲光源对应的宽频谱带宽影响, 相位匹配函数中的高阶色散项不再忽略, 从而导致纠缠光子对的频率不可分性减弱. 进一步利用实验参数给出的数值模拟结果与实验结果符合, 证实了脉冲抽运源带宽对频率一致纠缠光源的量子不可分特性的影响. 关键词： 频率一致纠缠 Hong-Ou-Mandel干涉测量 符合计数     

理论构造周期极化KTiOPO_4晶体制备852和1550nm双色纠缠光

利用KTiOPO4(KTP)材料非线性系数d33对应的二阶非线性0-类准相位匹配,理论上设计构造了一种周期极化KTiOPO4晶体(PPKTP),当晶体温度为20℃时,晶体准相位匹配格子的周期为10.70μm。波长为550nm的激光泵浦由该晶体组成的光学参量振荡器能产生含852nm信号光和1550nm的闲置光的双色纠缠,其中信号光对应Cs原子吸收线,闲置光1550nm对应光纤通讯波长。该纠缠光对量子信息网络和原子信息存储有非常重要的意义。     

光学超晶格中级联参量过程制备纠缠光子对

探索制备纠缠光子对的新途径是量子光学领域的一个研究热点.从理论上证明在准周期极化 的光学超晶格晶体中的级联参量过程能够产生纠缠光子对.分别利用脉冲和连续的532nm抽运 光在一块准周期极化的 LiTaO3晶体中同时实现非简并参量下转换（产生信号光与闲置光 ）与和频（闲置光与抽运光和频生成和频光）的级联参量过程，获得630nm的信号光与460nm 的和频光.指出信号光与和频光之间存在纠缠关联性质.该方案的优点是可产生短波长的纠缠 光子对. 关键词： 准相位匹配 级联参量过程 光量子纠缠态     

钙钛矿型锰氧化物(La$lt;sub$gt;0.8$lt;/sub$gt;Eu$lt;sub$gt;0.2$lt;/sub$gt;)$lt;sub$gt;4/3$lt;/sub$gt;Sr$lt;sub$gt;5/3$lt;/sub$gt;Mn$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;O$lt;sub$gt;7$lt;/sub$gt;的磁性和电性研究

采用传统固相反应法制备钙钛矿型锰氧化物 (La_0.8Eu_0.2)_4/3Sr_5/3Mn₂O₇多晶样品, X-射线衍射分析表明, 样品(La_0.8Eu_0.2)_4/3Sr_5/3Mn₂O₇结构呈现良好的单相. 通过磁化强度随温度的变化曲线(M-T)、不同温度下磁化强度随磁场的变化曲线(M-H)和电子自旋共振谱发现: 在300 K以下, 随着温度的降低, 样品先后经历了二维短程铁磁有序转变 (T_C^2D ≈ 282 K)、三维长程铁磁有序转变(T_C^3D ≈ 259 K)、奈尔转变(T_N ≈ 208K)和电荷有序转变(T_CO ≈ 35 K); 样品 (La_0.8Eu_0.2)_4/3Sr_5/3Mn₂O₇在T_N以下, 主要处于反铁磁态; 在T_C^3D达到370 K时, 样品处于铁磁-顺磁共存态, 在370 K以上时样品进入顺磁态. 此外, 分析电阻率随温度的变化曲线(ρ-T)得到: 样品在金属-绝缘转变温度(T_P ≈ 80 K)附近出现最大磁电阻值, 其位置远离T_C^3D, 表现出非本征磁电阻现象, 其磁电阻值约为61%. 在T_CO以下, 电阻率出现明显增长, 这是由于温度下降使原本在高温部分巡游的e_g电子开始自发局域化增强所致. 通过对 (La_0.8Eu_0.2)_4/3Sr_5/3Mn₂O₇的ρ-T 曲线拟合, 发现样品在高温部分的导电方式基本遵循小极化子的导电方式. 关键词： 磁性 电性 金属-绝缘转变温度 电子自旋共振     

周期极化LiNbO3晶体中电极布置对反转畴扩张的影响

利用外加电场极化的方法,分别研究了三种不同方式布置的极化电极对C向切割LiNbO_{3< /sub>晶体极化反转畴扩张的影响.实验结果表明在相同极化条件下，当极化电极长度方向与六边 形反转畴一对边呈90°和0°角时，极化扩张速度分别为0.089μm/ms和0.011μm/ms.实验结果揭示，为了有效地控制极化占空比，在制备一维准相位匹配LiNbO3晶体时应 避免极化电极与六边形反转畴壁中一对边呈90°的情况. 关键词： 周期极化 极化扩张 准相位匹配}     

Sr位Nd掺杂对SrBi$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;Nb$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;O$lt;sub$gt;9$lt;/sub$gt;性能的影响及机理研究

采用传统固相法制备了（Sr_1-3x/2A_x/2Nd_x）Bi₂Nb₂O₉（x=0,0.05,0.1和0.2）陶瓷,并系统研究了Nd离子取代Sr离子对SrBi₂Nb₂O₉性能的影响及其作用机理.研究结果表明：Sr_1-3x/2A_x/2Nd_xBi₂Nb₂O₉的介电常数和介电损耗随温度变化的行为具有明显的离子松弛极化特征.Nd³⁺对Sr²⁺的部分取代,导致Sr_1-3x/2A_x/2Nd_xBi₂Nb₂O₉剩余极化强度P_r稍有下降,但其压电系数d₃₃却有所增加,根据铁电热力学理论,这是Nd³⁺对Sr²⁺取代导致材料介电常数增大所致.Sr_1-3x/2A_x/2Nd_xBi₂Nb₂O₉的居里温度（T_C）没有随Nd含量的增加而变化,拉曼光谱技术分析表明这是其NbO₆八面体畸变程度没有发生变化所致.Nd³⁺取代Sr²⁺提高了材料的介电常数ε_r、压电系数d₃₃、机电耦合系数K_p,同时降低了机械品质因数Q_m,但是谐振频率温度系数C值没有改变. 关键词： 压电陶瓷 介电性能 压电性能 拉曼光谱     

Spin-orbit hybrid entanglement quantum key distribution scheme

We propose a novel quantum key distribution scheme by using the SAM-OAM hybrid entangled state as the physical resource.To obtain this state,the polarization entangled photon pairs are created by the spontaneous parametric down conversion process,and then,the q-plate acts as a SAM-to-OAM transverter to transform the polarization entangled pairs into the hybrid entangled pattern,which opens the possibility to exploit the features of the higher-dimensional space of OAM state to encode information.In the manipulation and encoding process,Alice performs the SAM measurement by modulating the polarization stateπ lθx on one photon,whereas Bob modulates the OAM sector state lx' on the other photon to encode his key elements using the designed holograms which is implemented by the computer-controlled SLM.With coincidence measurement,Alice could extract the key information.It is showed that N-based keys can be encoded with each pair of entangled photon,and this scheme is robust against Eve’s individual attack.Also,the MUBs are not used.Alice and Bob do not need the classical communication for the key recovery.     

基于周期极化晶体MgO:PPLN的纠缠光子对制备过程的研究

基于二阶非线性效应的自发参量转换技术制备纠缠光子对过程中,以掺5 mol%MgO:PPLN周期极化晶体为研究对象,将光参量变换过程中的动量守恒和能量守恒条件与该晶体的色散方程,以及晶体极化周期随温度变化的热膨胀方程相联系,得到了355 nm、405 nm、532 nm、780 nm和1 064 nm这5个实验室常用波长点在制备纠缠光子对时的周期调谐特性和温度调谐特性。研究过程中发现,出现了晶体极化周期过小和产生两对纠缠光子对问题,总结并归纳了各波长点在一定极化周期和温度下与非线性晶体作用所产生的纠缠光波段范围。当选用其他非线性周期极化晶体进行实验时,改变QPM动量守恒条件中的极化周期项,同时根据具体使用的晶体改变色散方程。该研究方案可直接推广到使用不同非线性晶体产生通信光波段或红外光波段的纠缠光子对研究中,在制备量子光源等领域具有重要研究价值。     

连续变量纠缠态光场在光纤中传输特性的实验研究

连续变量纠缠态由于其确定性产生、高效率的特点而被广泛应用于连续变量量子信息处理.在量子信息处理过程中纠缠态与量子信道发生相互作用而退相干,这是限制长距离量子信息发展的重要因素之一.光纤信道作为理想的量子信道,是目前连续变量量子信息研究关注的热点.本文利用Ⅱ类匹配的楔角极化磷酸氧钛钾晶体构成了三共振的非简并光学参量放大器,获得了8.3 dB的光通信波段1.5μm连续变量纠缠态光场.将产生的纠缠态光场注入单模光纤,其量子特性在传输距离达50 km后仍得到保持,纠缠度为0.21dB.该研究可为基于光纤的长距离连续变量量子信息研究提供有效的依据.     

基质敏化的Er0.1Gd0.9VO4晶体的红外量子剪裁

研究了Er_0.1Gd_0.9VO₄晶体材料的红外量子剪裁现象, 发现了较为有趣的基质敏化的红外量子剪裁现象. 即对于1537.5 nm的⁴I_13/2→⁴I_15/2红外荧光的激发谱存在一个宽而强的337.0 nm波长的激发谱峰,仔细分析可以认定337.0 nm的激发峰对应着基质GdVO₄材料的吸收. 同时,发光谱的测量显示337.0 nm光激发Er_0.1Gd_0.9VO₄材料的基质吸收带时导致的1537.5 nm⁴I_13/2→⁴I_15/2红外荧光的积分强度比其他所有荧光的积分强度的总和大了接近10倍, 它的红外量子剪裁效率仅次于最强的²H_11/2能级受激的红外量子剪裁效率且比其他能级都强. 关键词： 红外的量子剪裁 太阳能电池 0.1Gd_0.9VO₄晶体材料')" href="#">Er_0.1Gd_0.9VO₄晶体材料     

PPLN waveguide for quantum communication

We report on energy-time and time-bin entangled photon-pair sources based on a periodically poled lithium niobate (PPLN) waveguide. Degenerate twin photons at 1 314 nm wavelength are created by spontaneous parametric down-conversion and coupled into standard telecom fibers. Our PPLN waveguide features a very high conversion efficiency of about 10^-6, roughly 4 orders of magnitude more than that obtained employing bulk crystals [#!Tanzilli01a!#]. Even if using low power laser diodes, this engenders a significant probability for creating two pairs at a time - an important advantage for some quantum communication protocols. We point out a simple means to characterize the pair creation probability in case of a pulsed pump. To investigate the quality of the entangled states, we perform photon-pair interference experiments, leading to visibilities of 97% for the case of energy-time entanglement and of 84% for the case of time-bin entanglement. Although the last figure must still be improved, these tests demonstrate the high potential of PPLN waveguide based sources to become a key element for future quantum communication schemes. Received 13 July 2001     

Er0.3Gd0.7VO4晶体红外量子剪裁效应及其在太阳能电池应用上的研究

研究了高浓度的Er_0.3Gd_0.7VO₄晶体材料的红外量子剪裁现象,结果发现光激发²H_11/2能级和⁴G_11/2能级的⁴I_13/2→⁴I_15/2荧光跃迁的近似的量子剪裁效率η’已达约178.55%和177.61% 关键词： 红外的量子剪裁 太阳能电池 0.3Gd_0.7VO₄晶体材料')" href="#">Er_0.3Gd_0.7VO₄晶体材料     

Application of a characterized difference-frequency laser source to carbon monoxide trace detection

A tunable continuous wave(cw) mid-infrared(MIR) laser based on difference-frequency generation(DFG) in a 1.5-cm long AgGaS2 nonlinear crystal for trace gas detection is reported.Two visible and near-infrared diode lasers were used as pump and signal sources.The MIR-DFG laser was tunable in a wavelength range of 4.75 μm-4.88 μm.The phase-matching(PM) condition was non-critically achieved by adjusting the temperature of the crystal for fixed pairs of input pump and signal wavelengths.The required PM temperatures of the generated MIR-DFG wavelengths have been calculated by using three sets of recent Sellmeier equations and the temperature-dispersion equations of AgGaS2 given by Willer U,et al.(Willer U,Blanke T and Schade W 2001 Appl.Opt.40 5439).Then the calculated PM temperatures are compared with the experimental values.The performance of the MIR-DFG laser is shown by the trace detection of the P(16) carbon monoxide(12C16O) absorption line in a laboratory-fabricated absorption cell.The enhanced sensitivity of about 0.6×10 4 was obtained through the long path absorption provided by consecutive reflections between coated cylindrical mirrors of a constructed cell.     

一种网络多用户量子认证和密钥分配理论方案

提出了一种网络多用户量子认证和密钥分配理论方案.类似于现代密码学中的网络认证体系结构提出了一种基于网络中用户与所属的可信服务器之间共享Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)纠缠对进行身份认证和密钥分配的分布式客户机/服务器体系结构.基于该体系结构实现网络中任意用户之间的身份认证和密钥分配.可信服务器只提供用户的身份认证以及 交换粒子之间的纠缠使得两个想要秘密通信的用户的粒子纠缠起来.密钥的生成由发起请求 的用户自己完成.网络中的用户只需和所属的可信服务器共享EPR纠缠对通过经典信道和量子 信道与服务器通信.用户不需要互相共享EPR纠缠对，这使得网络中的EPR对的数量由O(n²)减小到O(n). 关键词： 量子认证 量子密钥分配 客户机/服务器 纠缠交换     

Multistage entanglement swapping

We report an experimental demonstration of entanglement swapping over two quantum stages. By successful realizations of two cascaded photonic entanglement swapping processes, entanglement is generated and distributed between two photons, that originate from independent sources and do not share any common past. In the experiment we use three pairs of polarization entangled photons and conduct two Bell-state measurements: one between the first and second pair, and one between the second and third pair. This results in projecting the remaining two outgoing photons from pair 1 and 3 into an entangled state, as characterized by an entanglement witness. The experiment represents an important step towards a full quantum repeater where multiple entanglement swapping is a key ingredient.     

Infrared active phonon modes and ionicity of single crystal MgAl2O4

Near-normal incident infrared reflectivity spectra of （100） MgAl2O4 spinel single crystal have been measured at different temperatures in the frequency region between 50 and 6000 cm^-1. Eight infrared-active phonon modes are identified, which are fitted with the factorized form of the dielectric function. The dielectric property and optical conductivity of the MgAl2O4 crystal are analysed. From TO/LO splitting, the effective Szigeti charges and Born effective charges at different temperatures are calculated for studying the ionicity and the effect of polarization. Based on the relationship between the （LO-TO）1 splitting, which represents the transverse and longitudinal frequencies splitting of the highest energy phonon band in the reflectivity spectrum, and the ionic-covalent parameter, the four main phonon modes are assigned. MgA1204 can be considered as a pure ionic crystal and its optical characters do not change with decreasing temperature, so it may be used as a suitable substrate for high-Tc superconducting thin films.