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。

从激光测距到量子纠缠光子对测距

激光测距通过测量激光往返目标的单光子飞行时间与时钟之差来计算目标的距离,针对该技术目前已经有比较成熟的研究成果,因而激光测距技术在地面、地卫、地月测距上均有应用。量子纠缠光子对测距通过对一个在卫星与目标之间往返的纠缠光子与另一个纠缠光子之间的符合计数,经过数据拟合获得往返目标的飞行时间差。由于纠缠光子对是同时产生,所获得的测距结果从原理上就比包括激光测距在内的所有测距方法要高。目前,针对量子纠缠光子对测距已进行了十几年的理论研究,但实际应用才刚刚开始。主要对激光测距与量子纠缠光子对测距的原理、系统结构、设备与装置及其关键技术进行综述,同时对激光雷达和量子雷达以及与测距相关的研究进行了综述,分析了它们各自的特点,对比了其中的相似之处与不同之处,为量子纠缠光子对测距及定位导航提供了理论依据,并在此基础上对未来量子测距及定位导航领域的发展进行了展望。

增加光子对和减少光子对相干态的等阶Y压缩效应

通过数值计算,研究了增加光子对相干态|,ξq;m〉A=a+m|,ξq〉和减少光子对相干态|,ξq;-m〉S=bm|,ξq〉的等阶Y压缩效应.结果表明:对于增加光子对相干态a+m|,ξq〉和减少光子对相干态bm|,ξq〉,光场都存在着等阶K(=2,3,4,5…)次方Y压缩效应,但是增加a模的光子或取走b模的光子,即随着场模上光子增加(减少)数m的增大,二者的等阶K次方Y压缩效应均减弱,且有相似的曲线变化规律.

基于相关光子对的单光子探测器量子效率校准技术研究

随着量子技术的发展,对极微弱光辐射的研究方向逐渐向量子化发展,利用相关光子对法对单光子探测器的相关参数进行测量。介绍了相关光子对法的原理及相关光子源中非线性晶体的关键参数设计方法,利用波长355 nm的激光器作为泵浦光源,泵浦相位匹配角为36°的BBO非线性晶体,实现了(450~1 675)nm的相关光子输出;泵浦相位匹配角为28.1°,32.91°,31.29°的BBO非线性晶体,实现了460 nm和1 550 nm,632.8 nm和807 nm,1 064 nm和532 nm的相关光子对共线输出。在460 nm,1 550 nm,632.8 nm,1 064 nm波长点利用符合测量对单光子探测器的量子效率进行测量,为实现多波长点至全波段单光子探测器校准奠定基础。

增加光子对和减少光子对相干态的统计性质

引入增加光子对相干态|ζ,q;m>_a=a^(+m)|ζ,q>和减少光子对相干态|ζ,q;+-m>_b=b^m|ζ,q>,研究了这些态所描写的光场的统计性质．结果显示当在对相干态的ａ模增加光子时，两模的平均光子数均增加，亚泊松分布性质增强；当在对相干态的ｂ模取走光子时，ｂ模的平均光子数减少，而ａ模的平均光子数却增加；ｂ模的亚泊松分布性质减弱，而ａ模的亚泊松分布性质却增强．我们还计算了场模间的相关度和场模的压缩．

用二元相位调制实现啁啾纠缠光子对关联时间的压缩

啁啾纠缠光子对具有超宽带的频谱特征,但由于同时产生了二次频率相位因子使其关联时间也被拓宽,限制了其在量子计量、量子光刻等领域的应用.通过类比透镜在空间对光场的相位变换原理,本文提出了一种通过在频域制作"类透镜"(菲涅耳波带透镜)来等效消除二次频率相位因子,从而压缩啁啾纠缠光子对关联时间的方法.这种"类透镜"是基于菲涅耳波带片思想,通过将啁啾纠缠光子对光谱划分成菲涅耳频率波带,并进行二元相位(0,π)调制来实现.该方法可以在不损耗纠缠光信号的情况下极大地增强光子对的时间关联,同时又避免了相位补偿方法中压缩结果对色散介质长度的依赖和高阶色散影响的缺点.这些结果为产生超宽带、超窄时间关联的纠缠光子对提供了理论依据,在量子计量和量子光刻领域有潜在的应用.

基于N个有序纠缠光子对的量子机密共享方案

提出了一种基于N个有序纠缠光子对量子机密共享方案.用纠缠光子作为信息的载体,密钥管理者Alice将纠缠光子对分成两个序列,其中一个序列直接发送给合作者之一Bob,在确保第一个序列发送安全后,再对第二个序列进行编码,发送给另一个合作者Charlie.Bob和Charlie分别对他们所接收到的光子序列进行Bell基联合测量,从而得到Alice所发布的密钥,完整密钥的获得需要管理者和所有合作者共同实现.本方案采用两体纠缠态,相对三体纠缠态来说,在实验上更容易实现,仅需要线性光学元件和简单的纠缠源.

频率非简并第I类自发参量下转换纠缠光子对量子特性

理论研究了频率非简并第I类自发参量下转换过程中产生的纠缠光子对的量子特性,且与频率简并的情况做了对比.通过纠缠光子对的联合谱强度分析了纠缠光子对的光谱特性及纠缠特性;通过洪-区-曼德尔干涉仪和马赫-曾德尔干涉仪分析了纠缠光子对的量子干涉特性.结果表明:脉冲泵浦作用下,由于频率非兼并使得相位匹配函数不对称,导致两纠缠光子可区分,量子干涉可见度减小.随着泵浦脉冲频宽的增加,这种效应更加明显.连续激光泵浦时,相位匹配函数是对称的,得到最大的纠缠度和量子干涉可见度.该研究为频率非简并纠缠光子源在各种量子信息方案中的应用提供理论指导.

冷原子系综中窄线宽纠缠光子对的产生和调制

窄线宽纠缠光子对可以用来验证量子力学的一些基本概念,如非定域性.另外,窄线宽纠缠光子对应用于量子信息处理,可以极大增加量子通信的距离以及分布式量子计算的规模.论文系统介绍在冷原子系综中,利用四波混频和电磁诱导透明来产生窄线宽纠缠光子对以及对窄线宽纠缠光子对的波形进行调制的实验方法.

高非线性光纤中光子对产生中的噪声及其抑制

在高非线性光纤中产生高质量的光子对对于量子信息的应用具有重要意义。在分析基于光纤中四波混频效应产生光子对原理的基础上,指出了影响光子对产生噪声的主要因素。讨论了抑制噪声的几种可能的方法,采用冷却光纤、短脉冲泵浦光源和狭窄的滤波宽度和增大四波混频的信号和闲频光带宽等方法可以有效地降低噪声,从而为高效产生光子对提供了依据。

Sagnac光纤环制备并分离简并关联光子对的实验研究

光纤中自发四波混频过程产生的频率简并关联光子对是实现量子信息处理和高精密测量的重要资源.Sagnac光纤环是制备简并关联光子对的典型装置,利用环中的对向传播光子对在50/50分束器的量子干涉,实现两个孪生简并关联光子的空间分离.本文利用两束不同波长的脉冲光抽运由300 m色散位移光纤和50/50分束器组成的Sagnac光纤环,通过环中单模光纤色散引入的相位差控制光子对的对向传播相位差,获取了空间模式分离的窄带简并关联光子对.

双光子对撞机上Ξ_(bb)产生的进一步研究

对双重重子产生机制的研究有助于更好地研究微扰和非微扰QCD理论。对γγ对撞机上双重重子Ξbb的产生做了进一步研究,考虑了bb处于色三重态和色六重态的共同贡献。结果发现：质心系能量在91-1 000 Ge V变动时,Ξbb的产生率会随着质心系能量的提高而降低。但是由于积分亮度的不同,不同对撞能量下Ξbb产生的事例数大致相同。选择合适初态粒子束的极化度能有效提高Ξbb的产生率,在某些能量对撞点,初始态粒子束的极化度可以将Ξbb的产生率提高17%左右。

啁啾纠缠光子对的产生与压缩研究进展

利用连续激光泵浦啁啾准相位匹配的非线性晶体(或波导),通过自发参量下转换过程可以产生超宽带频谱的纠缠光子对,称为啁啾纠缠光子对。由于其具有超宽带频谱特性因而被广泛应用于高精度量子光学相干层析、宽带量子信息处理等多个领域。但由于同时产生频率二次相位因子,导致双光子关联时间被拓宽,从而制约其在量子度量衡、量子平板印刷术及量子时钟同步等相关领域的应用,因此需要对其关联时间进行压缩,而压缩的关键是要实现相位补偿。综述啁啾纠缠光子对的产生方法和压缩方法及相关的理论和实验研究进展,对不同的压缩方法进行比较分析并总结各自的优缺点。

纠缠光子对的级联Hong-Ou-Mandel干涉研究及其在多时延参数测量中的应用

基于纠缠光子对的Hong-Ou-Mandel(HOM)干涉仪在量子精密测量等领域有着重要应用.本文提出了利用一个级联HOM干涉仪实现多个独立时延参数的同时测量方案.通过理论分析得出纠缠光子对经过多个50:50分束器级联传输后,其HOM二阶量子干涉图谱中凹陷位置与各级传输路径间独立时延参数的对应关系,因此可通过记录各个凹陷位置的时延值实现多个独立时延参数的同时测量.在此基础上搭建了基于频率一致纠缠光子对的二级级联HOM干涉测量装置,通过实验上得到的具有两个对称凹陷的二阶量子干涉图谱,实现了两级传输路径间两个独立时延参数τ1和τ2的同时测量,并分别获得了109 fs和98 fs的测量精度.上述研究结果为HOM干涉仪在多参量量子精密测量系统中的扩展应用奠定基础.

光子对撞机产生正负电子对的数值方法

光子对撞产生正负电子对的Breit-Wheeler过程,是由能量直接产生物质的过程,在物质的起源与光子物理理论的研究中有着极为重要的作用.随着激光与物质作用产生γ光源品质的提升,使得在实验室首次观测双光子对撞的Breit-Wheeler过程成为,可能.针对光子对撞机的数值模拟方法,本文提出了一种基于严格的双光子对撞动力学过程的计算电子产额与动力学参数的数值方法.在对Breit-Wheeler过程的模拟中,根据光子的运动规律将光子划分为定量的区块,检测区块的对撞,然后在区块内部以动力学原理检测光子是否发生对撞,该方法可以有效提升计算模拟的效率.同时,该方法与已经发表的理论结果进行了比较,发现该计算结果与理论结果高度一致.应用这一数值方法,能够为Breit-Wheeler过程给出较为精确的模拟结果,也可以为未来γγ对撞机的实验设计提供参照.

基于关联光子对的双缝量子成像实验

双缝量子成像实验利用参量下转换过程产生的光子之间的关联性,扫描双缝量子成像.通过采集光子符合计数,绘制扫描位置和光子符合计数关联图,在一维方向重现双缝.根据实验采集数据和绘图结果计算双缝缝间距.

光子对周期性空间信息的记忆与再现

通过对空间周期性物屏衍射特征的分析与归纳,提出光经空间周期性物屏衍射和自成像的过程,就是光子对物屏的周期性空间信息的记录和再现的过程。根据这一观点,自然地导出了Talbot自成像公式,与采用波动性观点的惠更斯-菲涅耳原理和Fourier变换等传统方法所得结论相同。这样,便于对光子信息传递特征的认识,有助于对Talbot成像中调节参数物理意义的理解。由于数学处理方法简明扼要,该方法易于推广和应用。

基于PPKTP波导产生多通道光子对(英文)

提出了一种基于PPKTP波导利用自发参量产生多通道纠缠光子对的方案.计算在使用脉冲,连续激光,Ⅰ型、Ⅱ型相位匹配这些不同条件下,同时产生位于通信波段的多通道纠缠光子对的特性.结果显示该方案能够为量子密钥分配网络提供更为高效易行的方案.