基于光子晶体光纤的通讯波段量子关联光源的实验研究

论文摘要

量子关联光子是实现量子信息处理的重要资源。实验表明光学参量过程是产生这种关联光子的有效途径,它主要包括了(2)χ非线性介质中的自发参量下转换及(3)χ非线性介质中的自发四波混频。近年来,利用光纤中(3)χ非线性效应自发四波混频过程产生的关联光子,因其传输模式单一且便于与光纤耦合,受到了普遍关注。尤其是光子晶体光纤这种新型光纤出现后,以其高非线性,无限单模特性,色散可控特性等引起了人们的广泛兴趣。已有文献报道通过光子晶体光纤中的自发四波混频过程产生了可见光波段的关联光子。本论文利用超短脉冲光泵浦一根长11m的高非线性光子晶体光纤,获得了波长分别为1536.61nm和1552.53nm的通讯波段量子关联光子对。所得信号与闲频光子的符合计数率大于其随机符合计数率,并且对其的测量结果违反了经典光源满足的不等式约17个标准差,证明了它们之间的量子关联性。文章还分析了双折射光纤中泵浦偏振方向对关联光子产生的影响,并且对所得关联光子的相干性及频谱特性进行了测量和讨论。这些实验和讨论结果对基于光子晶体光纤的通讯波段量子关联光源研制具有参考意义。文章的主要内容安排如下:首先,介绍了量子关联光子在量子信息中的重要作用和制备途径;接着,阐述了通过光纤中自发四波混频参量过程产生量子关联光子的原理,以及光纤中影响关联光源质量的其它因素;然后,叙述了光子晶体光纤的提出、发展和原理,对光子晶体光纤的特性及其在关联光源中的应用做了分析;最后,介绍了基于光子晶体光纤的通讯波段关联光源的实验装置与实验结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 量子信息概述
• 1.1.1 量子信息及其应用
• 1.1.2 量子比特与量子纠缠
• 1.2 量子关联光源的应用与发展
• 1.3 本论文主要内容及意义
• 第二章 基于光纤的量子关联光源理论
• 2.1 光纤中的四波混频参量过程
• 2.1.1 四波混频理论
• 2.1.2 相位匹配条件
• 2.1.3 四波混频过程产生关联光子的增益
• 2.2 光纤中影响关联光子产生的其它效应
• 2.2.1 拉曼散射效应
• 2.2.2 自相位调制
• 第三章 光子晶体光纤在量子关联光源中的应用
• 3.1 光子晶体光纤概述
• 3.1.1 光子晶体的概念
• 3.1.2 光子晶体光纤的提出与发展
• 3.1.3 光子晶体光纤的分类和导光机理
• 3.1.4 光子晶体光纤的损耗
• 3.1.5 光子晶体光纤的制备
• 3.2 光子晶体光纤的特性
• 3.2.1 高非线性
• 3.2.2 无限单模特性
• 3.2.3 色散特性
• 3.2.4 双折射特性
• 3.3 基于光子晶体光纤的量子关联光源
• 第四章 实验及结果分析
• 4.1 实验装置
• 4.1.1 实验装置概述
• 4.1.2 泵浦光滤波及偏振控制
• 4.1.3 信号光和闲频光滤波
• 4.1.4 光子探测及符合计数系统
• 4.1.5 高非线性光子晶体光纤NL-1550-POS-1
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 经典四波混频的观测
• 4.2.2 关联光子的产生
• 4.2.3 泵浦光偏振对关联光子产生的影响
• 4.2.4 测量信号光场与闲频光场的量子相关特性
• 4.2.5 信号（闲频）光场的相干性
• 4.2.6 测量信号和闲频光场的频谱关联特性
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本论文工作总结
• 5.2 基于光纤的关联光源发展前景
• 5.3 论文的后续工作
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢