基于二阶关联函数表征激光相干性能创新实验设计

为了加深学生对激光阈值以及相干性的理解,该文提出了一种基于单个光电探测器测量二阶关联函数,进而表征激光相干性的创新实验方案设计。实验结合激光原理以及光子统计学等专业知识,使学生通过理论学习、实验设计以及结果分析,掌握二阶关联函数的测量方法,理解激光激射机制以及相干性能演变过程,进而培养学生理解物理机理、MATLAB编程以及分析问题解决问题的能力。

超快演化光场的含时二阶关联特性研究

基于蒙特卡洛(Monte Carlo)算法,模拟并分析了超快演化发光动力学过程中的光子探测事件;研究了含时光子二阶关联函数的数值计算方法,以及多种误差因素对光子二阶关联函数的影响.结果表明,同步时间抖动(初始时刻漂移)使得在初始时刻光强剧烈变化区域的含时二阶关联函数值显著偏大,同时导致了时间积分的二阶关联函数在任意时间延迟下的值偏大.背景光子计数的存在使得热态光的零延迟二阶关联函数值明显地趋近于1.该研究为复杂光场的光子二阶关联函数的理论研究提供了一种简化模拟方法,并为后续进行超高时间分辨的光子二阶关联实验测量提供了理论支持和数值分析方法.

依赖于时间的Jaynes-Cummings模型中的反聚束效应

利用龙格一库塔数值技术对多个方程组连续进行积分，提出了一种处理依赖于时间的Jaynes-Cummings模型的普遍方法．并用它来研究一个二能级原子与腔场的相互作用．在不同时间脉冲宽度和不同失谐量的情况下，讨论了光子二阶关联函数随时间的演化过程．最后讨论此方法在强场情况的适用性问题．

光子加纠缠相干态的非经典性质

通过计算光子加纠缠相干态的光子数分布、Cauchy-Schwartz不等式、二阶关联函数,研究了光子加纠缠相干态的非经典性质.

采用混沌光的时间鬼成像

混沌光具有良好的时间可控随机性和二阶时间关联性,主要用于保密通信,也可以实现时间物体的鬼成像。分析了具有时间相关特性的混沌光,提出了用混沌光完成鬼成像的理论方案。对该模型进行仿真实验,实验结果表明了该模型的有效性。

完备Buck-Sukumar模型的光子阻塞效应

Buck-Sukumar (BS)模型在一定的耦合强度处会出现能级塌缩现象.通过引入一个非线性光子项,定义了一个完备的BS模型,消除了能级塌缩.进一步通过计算二阶关联函数等物理量理解了非线性光子项与失谐量对该模型的影响.结果表明,在共振情况下,非线性光子项破坏了BS模型的能谱简谐性,可以在更大的耦合强度范围内产生单光子投影态,形成光子阻塞;而在非共振情况下,非线性光子项使非简谐的能谱在整个耦合区间都有定义,且正失谐促进光子阻塞,负失谐抑制光子阻塞.

光腔中两原子共振荧光的相干性质

对于放置于一个单模光腔中的两个二能级原子，我们研究了这两个原子与强激光场作用下的共振荧光的相干性质。通过绝热消除腔场的变量推导出原子的约化密度主方程。由此主方程分别计算出两原子辐射的共振荧光光场在裸态和修饰态表象里的一阶可见度和二阶关联函数。发现在坏腔以及原子与强激光场为小失谐条件下，若光腔与相干场的频率差调到总的拉比频率附近，两原子辐射的共振荧光光场的相干性被极大地提高。通过修饰态方法发现其主要是由于当失谐调到总的拉比频率附近时，修饰态原子布居几率分布发生很大的改变，甚至出现布居反转的现象。而修饰态布居数又是影响一阶可见度和二阶关联函数的主要因数。

基于双光子干涉的量子全息理论框架

Hong-Ou-Mandel干涉可以更好地抵抗相位噪声的干扰.近年来基于双光子干涉的量子全息提出,通过待测量子态和标准量子态的二阶干涉,可以将待测光子的波函数信息解译出来.为了更好地理解和发展该方法,本文建立了量子全息的理论框架.根据不同的待测态和参考态,分别研究了利用单光子态或相干态作参考,测量待测的单光子态和相干态.本文讨论的所有情况下,待测态的波函数信息以相似的数学形式反映在归一化的二阶关联函数中.通过简洁算法便可提取待测态波函数的信息.该量子全息也保持了Hong-Ou-Mandel干涉的鲁棒性,相位噪声并不影响测量结果.

二阶关联成像与经典成像的比对研究

"鬼成像",也就是关联成像,是一种源于量子理论的全新成像。通过符合测量,关联成像提供了一种在没有物体的光路获得成像物体空间信息分布的方法。最初,人们认为实现鬼成像的必要条件是量子纠缠。进一步研究表明,赝热光源也是可以实现鬼成像。由于赝热光源更普遍地存在于我们的生活中,因此,经赝热光源实现鬼成像,将更实用,所以对赝热光源鬼成像质量的研究,可以帮助人们更好地将这种技术应用于各个领域。文章主要研究了赝热光二阶鬼成像技术,主要对二阶关联成像的分辨率做了研究,利用激光光源,分束镜,成像CCD等搭建实验系统,完成了双缝物体的赝热光二阶鬼成像实验,对实验得到的图像进行处理,再现了物体的像。

克尔媒质中依赖强度J－CM场的反聚束效应

本文利用充满克尔煤质的高Ｑ腔中依赖强度耦合的Ｊ－Ｃ模型场的哈密尔顿量，求解该系统的波函数，并研究了克尔媒质对光场反聚束效应的影响．

Fabry-Perot腔与光学参量放大复合系统中实现可调谐的非常规光子阻塞

本文提出在Fabry-Perot腔和光学参量放大复合系统中实现非常规光子阻塞效应.此系统包含可调谐的复合型驱动强度相位,用二阶关联函数描述光子统计性质,数值模拟不同参数下的光子阻塞效应,研究发现通过调节复合型驱动强度相位可以控制非常规光子阻塞.在弱驱动条件下,计算得到了强光子反聚束的最优化条件,并给出了二阶关联函数解析式,研究发现数值模拟结果与解析结果相符合.研究结果为光子阻塞的相干操作提供了平台,在量子信息处理和量子光学器件等方面具有潜在的应用前景.

腔磁杂化系统中磁振子阻塞的实现

为了研究腔磁杂化系统中磁振子分布的量子统计性质,构建了一种单量子源,并利用全量子理论在含有声子模的杂化腔磁系统中研究了磁振子阻塞的操控方案及其物理机制.通过求解主方程得到了磁振子的等时二阶关联函数和平均磁子数,并分析了腔模之间的耦合对磁振子反聚束的影响.数值模拟结果表明,增加隧穿耦合、腔与机械模的耦合、腔与磁子模的耦合可有效增强磁振子的反聚束效应.本方案可为在实验中实现单磁子源提供参考.

利用二阶非线性介质实现反聚束和非传统光子阻塞

计算了两个弱克尔非线性耦合腔被同时驱动下的归一化二阶关联函数。经分析计算发现了强反聚束的优化条件,分析结果同数值模拟非常符合。同时分析了在优化条件下参数的变化对强反聚束的影响。

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。

基于关联探测的新型测距方法研究

设计了一种基于关联探测的新型测距方法,将关联探测应用到测距领域,通过分析时间关联符合计数,寻找最大符合计数所对应的延时,完成了实验室条件下短距离计算的实验验证,此外还设计了强度关联代替时间关联,寻找最大对比度所对应的位置信息,同样进行了功能验证,这为将来基于关联探测原理的新型测距仪的设计提供了理论依据和实验基础。

脉冲式赝热光源的实验研究

高亮度的辐照热光源一定程度上限制了基于经典热光场的强度关联量子成像技术的实验研究和广泛应用。因为一般热光源相干时间极短,且每个相干元胞内光子数少(亮度低),而采用激光照射旋转毛玻璃形成的动态散斑作为赝热光场可以解决上述问题。当采用的是纳秒脉冲激光时,得到的赝热光场除了能极大程度地模拟真实热光场的热涨落,光场涨落服从真实热光场所具有的高斯统计分布以外,另一个最重要的特性是光场涨落的测量不受光电探测系统有限通频带的限制,即使是慢响应探测电路,也能准确地记录光场抖动,即该光场符合交叉谱纯条件。

半导体InAs量子点单光子发射器件

文章概述了量子点单光子源的研究现状,综述了微腔量子点耦合单光子发射器件制备中关键的低密度InAs量子点外延技术,单量子点单光子发射二阶关联函数HBT检测方法,分布布拉格反馈微腔结构的制备以及实现液氮温度下电驱动微腔量子点单光子发射器件等研究结果.

基于平移压缩真空态的强反聚束光场

具有反聚束特性的非经典光场是量子信息与量子光学的重要资源。基于非线性光学的量子干涉效应,通过将压缩真空态与特定相位的相干态在光学分束器上合成的方法获得平移压缩真空态,对压缩度和相干分量进行独立控制以获得反聚束。本文结合实验系统参数,理论研究了压缩真空态的压缩度和相干态的幅度对实验产生反聚束光场的影响。在最优化平移条件下,我们分析了系统总效率、背景噪声,以及Hanbury Brown-Twiss(HBT)与Double HBT测量方法对反聚束光场g^((2))(0)测量的影响,并讨论了误差为零处相应量子态的g^((2))(0)值和平均光子速率。

光腔中两原子共振荧光的相干性质

研究了置于光腔中的两个二能级原子,在强相干场驱动下的共振荧光光场的辐射场相干性质,发现在坏腔条件下,可以通过调节光腔与相干场的频率来提高一阶可见度和减小二阶关联函数.这是因为改变光腔与相干场的频率会引起原子修饰态布居数的改变,导致一阶可见度和二阶关联函数发生显著变化.

基于modified-HBT干涉仪的压缩态光场光子统计特性的理论和实验研究

用一对平衡零拍探测器分别替代HBT(Hanbury-Brown-Twiss)实验中的单光子探测器,构成了一个modified-HBT干涉仪。介绍了基于modified-HBT干涉仪的光场二阶关联函数测量原理以及步骤,着重讨论了测量过程中对暗噪声的处理。基于理论分析,利用此干涉仪同时记录和统计了光场两空间分离模式的正交分量信息,实现了对光学参量振荡器输出的平移压缩态光场二阶关联函数的测量以及光子统计特性的表征。对于振幅压缩光,在特定的平移参量下,其二阶关联函数值小于1,表明光子呈现反聚束效应;而相位压缩光的二阶关联函数值总是大于1,光子呈现聚束效应。利用双光子干涉理论对测量到的平移压缩态光场的光子统计特性进行了解释,为理解压缩光的光子统计特性提供了参考。