单光子轨道角动量的传输特性研究

描述了高阶椭圆厄米-高斯光束及其单光子平均轨道角动量,并分析了一些与其单光子轨道角动量变化的有关情况,通过计算机仿真简要进行了说明.最后分析了单光子轨道角动量在空间某范围的概率分布及其变化情况.研究结果表明,高阶椭圆厄米-高斯光束与物质相互作用时,其单光子平均轨道角动量的变化幅度随接触物质材料的不同而异.     

Quantum Secure Direct Communication with Authentication Expansion Using Single Photons

In this paper we propose two quantum secure direct communication （QSDC） protocols with authentication. The authentication key expansion method is introduced to improve the life of the keys with security. In the first scheme, the third party, called Trent is introduced to authenticate the users that participate in the communication. He sends the polarized photons in blocks to authenticate communication parties Alice and Bob using the authentication keys. In the communication process, polarized single photons are used to serve as the carriers, which transmit the secret messages directly. The second QSDC process with authentication between two parties is also discussed.     

单光子激光测距的漂移误差理论模型及补偿方法

单光子激光测距系统采用高灵敏度的单光子探测器作为接收器件,更易实现高密度、高覆盖率的目标采样,是未来激光测距系统的发展方向.漂移误差作为限制单光子激光测距精度提高的瓶颈问题,其主要由平均回波信号光子数的变化引起.以激光雷达方程、单光子探测器的概率与统计理论为基础,建立了漂移误差的理论模型,给出了漂移误差与平均信号光子数、均方根脉宽等系统参数之间的理论关系式.同时,结合单光子探测概率模型给出了一种漂移误差的修正方法,并搭建实验系统对漂移误差模型和修正方法进行了验证.在回波信号均方根脉宽为3.2 ns、平均回波信号光子数为0.03到4.3个情况下,未经修正的漂移误差最大达到46 cm,经修正后的均方根误差为1.16 cm,平均绝对误差为0.99 cm,达到1 cm量级,漂移误差对测距精度的影响基本可以忽略.该方法可以解决漂移误差制约单光子激光测距精度提高的瓶颈问题.     

单光子纠缠态并发度的直接测量

通过分析光学分束器对单光子态的作用关系,提出了一个利用分束器和光子数探测器的单光子纠缠的直接测量方案.方案中用到单光子与空间模纠缠及其两个备份,并让它们通过一个50:50的分束器.选用并发度为纠缠度量,其可由单光子探测器的探测概率直接获得.此方案不需复杂的量子态层析方法,同时只用到在量子信息处理中常用的光学器件,增强了方案在实验上实现的可行性.     

基于标准探测器的硅单光子雪崩探测器探测效率测量

针对硅单光子雪崩探测器探测效率高准确度测量的需要,建立了一套溯源至标准探测器的硅单光子探测器探测效率测量装置。首先通过大动态范围高精度衰减产生光子数已知的准单光子源来校准探测器的探测效率,其次对影响探测效率测量的后脉冲概率和死时间进行了分析与测量,最后系统分析了各测量不确定度的来源,实现了硅单光子雪崩探测器在632.8nm波长处探测效率测量不确定度达到0.6%(k=2)。该装置采用超连续谱光源与单色仪组合输出单色光源,结合标准探测器,可根据需要实现硅单光子雪崩探测器宽波段内的探测效率自动化测量。     

联合噪声下确定的安全量子通信

提出了两个抗联合噪声的确定的安全量子通信方案. 一个用于在联合转动噪声下进行安全的量子通信, 另一个用于在联合退相位噪声下进行安全的量子通信. 量子通信的双方利用他们的子系统之间的量子关联有效地完成窃听检测. 为了在联合噪声下进行安全的量子通信, 发送方需要制备一串三光子纠缠态, 但通信双方仅需要采用单光子测量获得信息, 而不是Bell态测量. 这一特点使得我们的方案在实际应用中更方便.     

三棒源衰减重建中的随机校正算法

在正电子发射断层成像系统中,单棒源衰减扫描消耗大量时间,使用3个棒源可减少扫描时间,但是带来大量随机符合事件.针对三棒源衰减扫描的特点,设计了一种约束单光子随机校正算法,每个棒源位置对应一个随机弦图,利用3个扇束接收窗进行过滤,过滤后的所有随机符合事件组成可应用的随机弦图.使用NEMA标准中的图像质量和衰减校正精度参数作为评价准则,实验结果显示本文方法在衰减扫描时间减少50%的前提下获得与单棒源一致的图像质量与衰减校正精度.     

高光电探测效率CMOS单光子雪崩二极管器件

基于0.18μm CMOS工艺技术,制作了单光子雪崩二极管,可对650~950nm波段的微弱光进行有效探测.该器件采用P~+/N阱结构,P~+层深度较深,以提高对长光波的光子探测效率与响应度;采用低掺杂深N阱增大耗尽层厚度,可以提高探测灵敏度;深N阱与衬底形成的PN结可有效隔离衬底,降低衬底噪声;采用P阱保护环结构以预防过早边缘击穿现象.通过理论分析确定器件的基本结构参数及工艺参数,并对器件性能进行优化设计.实验结果表明,单光子雪崩二极管的窗口直径为10μm,器件的反向击穿电压为18.4V左右.用光强为0.001 W/cm~2的光照射,650nm处达到0.495A/W的响应度峰值;在2V的过偏压下,650~950nm波段范围内光子探测效率均高于30%,随着反向偏压的适当增大,探测效率有所提升.     

Generation of Four-Mode Cluster-Type Entangled Coherent States in Free-Traveling Optical Fields

In this paper, we propose an optical scheme to generate four-modecluster-type entangled coherent states (ECSs) in free traveling optical fields by using two single-photon sources, coherent state sources, beam splitters, photodetectors, cross-Kerr media, and phase shifters. And the success probability of the states preparation is calculated. At last we discuss the experimental feasibility of such proposal.     

A Four-Dimensional Measurement Scheme for Single Photon Time-Polarization

We propose an experimental scheme to realize the four-dimensional projective measurements tor a single photon. The photon polarization and time-energy provide the four-dimensional Hilbert space. Based on this scheme, we suggest an experiment to test the violation of Bell inequalities of four-dimensional systems. In addition, by virtue of a maximally entangled biphoton state, we also show that it is possible to construct a quantum key distribution channel that can provide two-bit key with one pair of entangled photons.