门控下InGaAs/InP单光子探测器用于符合测量的时域滤波特性研究

基于砷化镓/磷化铟雪崩光电二极管(InGaAs/InP APD)的半导体单光子探测器因工作在通信波段,且具有体积小、成本低、操作方便等优势,在实用化量子通信技术中发挥了重要作用.为尽可能避免暗计数和后脉冲对单光子探测的影响,InGaAs/InP单光子探测器广泛采用门控技术来快速触发和淬灭雪崩效应,有效门宽通常在纳秒量级.本文研究揭示了门控下单光子探测器可测量的最大符合时间宽度受限于门控脉冲的宽度,理论分析与实验结果良好拟合.该研究表明,门控下InGaAs/InP单光子探测器用于双光子符合测量具有显著的时域滤波特性,限制了其在基于双光子时间关联测量的量子信息技术中的应用.

基于实地光纤的双向量子时间传递实验研究

高精度的时间传递技术已经广泛地应用在守时授时、导航定位、科学研究等各个领域。量子时间传递技术利用频率纠缠脉冲作为时间信号的载体,结合高精度的量子测量技术可以极大地提高时间传递精度。由于频率纠缠脉冲自身的高度关联性,量子时间传递技术具有更高的安全性。本文在9.76 km的实地光纤中开展了双向量子时间传递实验研究,得到的时间传递稳定度在平均时间是10 s时为1.55 ps,平均时间是20480 s时为92 fs。飞秒量级的双向量子时间传递结合其安全性优势,有望在高精度的中长途传递系统中获得广泛应用。

基于波长到时间映射快速测量纠缠光子相位匹配波长的实验方法

准相位匹配有利于实现高效的自发参量下转换,它由非线性晶体的极化周期和依赖于温度的折射率决定。为了确定特定波长处所需的晶体温度,需要测量相位匹配波长随晶体温度的变化关系。单色仪的传统测量方法具有测量精度较低且耗时长等缺点。提出了一种实验方法,该方法能快速准确测量纠缠光子相位匹配波长随晶体温度变化的关系。在信号和闲置光路中先后加入色散元件,通过测量纠缠光子对到达时间关联峰值处的时间延迟随晶体温度的变化关系,利用波长到时间的映射关系将其转化为波长随晶体温度的变化关系。给出了周期极化铌酸锂(PPLN)波导和周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体的实验测量结果,测量精度优于0.1 nm,测量时间约为几分钟。测量精度受限于单光子探测器的抖动时间和色散元件色散量的大小。原则上,抖动时间越小,色散量越大,测量精度越高。最后讨论了Sellmeier方程计算的结果与实验结果存在差异的可能原因。所提方法可以用来校准相位匹配波长与晶体温度的关系及极化周期,并有望实现温度依赖的Sellmeier方程的修正或改进。

单光子微波光子学

伴随着微波光子学技术的迅速发展,超低功率下的高速微波光子信号检测、处理是一个限制微波光子应用领域的主要难点.考虑到单光子探测器具有超微弱光信号检测能力的同时还具有极低的时间抖动特性,将单光子检测与经典微波光子处理技术相结合是一种突破上述难点的潜在解决方案.基于此,本文提出了一种单光子微波光子系统.该系统使用单光子信号作为载波,通过微波强度改变光子探测几率,再通过单光子探测器得到光子探测几率复原微波信号.该系统成功实现了对单光子强度的微波光子信号进行滤波、移相的操作,而且系统的处理速度仅由单光子探测器时间抖动决定.此外,得益于系统所使用的信号恢复技术,该系统具有的优秀的抗干扰能力能够有效滤除噪声.该系统展示了一个微波光子学和量子光学学科交叉的范例,为之后量子微波光子学的发展奠定基础.