自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換制備單光子源及其測(cè)量與應(yīng)用研究

1、自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換制備單光子源及其測(cè)量與應(yīng)用研究自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換制備單光子源及其測(cè)量與應(yīng)用研究【摘要】：?jiǎn)喂庾討B(tài)是一種非常重要的非經(jīng)典光場(chǎng)它在量子光學(xué)基礎(chǔ)研究、量子保密通訊和量子計(jì)算等領(lǐng)域中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。常見(jiàn)的制備單光子態(tài)的方法主要有量子點(diǎn)、色心、衰減脈沖和自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換。與其他方法相比自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。該過(guò)程利用二階非線(xiàn)性相互作用將泵浦光子轉(zhuǎn)換成一對(duì)高度關(guān)聯(lián)的光子對(duì)只要測(cè)到其中之一就可以確認(rèn)其孿生光子的存在。這樣我們就可

2、以在不破壞單光子的前提下確認(rèn)單光子的存在從而彌補(bǔ)了原子相干介質(zhì)和衰減脈沖等方法的不足。此外由于參量下轉(zhuǎn)換過(guò)程產(chǎn)生的光子對(duì)在多個(gè)維度上都具備糾纏特性可以用來(lái)制備各種糾纏光源以滿(mǎn)足不同的應(yīng)用。因此自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過(guò)程及其制備的條件單光子源無(wú)論在理論還是實(shí)驗(yàn)上都得到了廣泛且深入的發(fā)展。單光子源的制備、傳輸與測(cè)量以及對(duì)單光子的量子操控是量子信息科學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)前沿課題它不僅能夠豐富人們對(duì)微觀(guān)世界的認(rèn)識(shí)加深對(duì)量子物理基本原理的理解還同時(shí)為量子通信與

3、量子計(jì)算過(guò)程的實(shí)現(xiàn)提供了堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)。有關(guān)單光子量子效應(yīng)的研究對(duì)促進(jìn)量子網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展尤為重要已經(jīng)滲透到了從光源產(chǎn)生到量子信息的調(diào)制與解調(diào)再到信息分發(fā)及頻率轉(zhuǎn)換等量子網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)環(huán)節(jié)并且還將在其他量子領(lǐng)域逐漸發(fā)揮其潛在的巨大作用。本文的主要工作是圍繞單光子源的制備、傳輸和測(cè)量展開(kāi)的其核心內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面：1.總結(jié)了實(shí)驗(yàn)上產(chǎn)生單光子態(tài)的各種物理模型對(duì)每種方法的利于弱光場(chǎng)尤其是單光子態(tài)的頻率轉(zhuǎn)換?！娟P(guān)鍵詞】：?jiǎn)喂庾用}沖光學(xué)諧振腔時(shí)域平衡零拍

4、探測(cè)確定性分束器頻率轉(zhuǎn)換【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)【學(xué)位級(jí)別】：博士【學(xué)位授予年份】：2011【分類(lèi)號(hào)】：O431.2【目錄】：摘要1214ABSTRACT1417第一章緒論17401.1單光子源的產(chǎn)生17211.1.1量子點(diǎn)17181.1.2色心18191.1.3原子相干介質(zhì)191.1.4衰減脈沖光19201.1.5自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過(guò)程20211.2單光子態(tài)的測(cè)量21281.2.1密度矩陣21221.2.2Wigner函數(shù)22251.2

5、.3逆Ron變換25271.2.4單光子源的量子描述27281.3單光子的干涉28311.3.1相干態(tài)30311.3.2熱光場(chǎng)311.4弱光場(chǎng)的頻率變換31351.4.1電磁誘導(dǎo)透明321.4.2四波混頻32331.4.3頻率轉(zhuǎn)換產(chǎn)生關(guān)聯(lián)光子對(duì)33351.5本文的主要工作3536參考文獻(xiàn)3640第二章共振增強(qiáng)的參量下轉(zhuǎn)換過(guò)程40542.1引言40412.2基本原理41422.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程42472.3.1腔的設(shè)計(jì)42432.3.2實(shí)驗(yàn)裝置

6、43442.3.3腔的鎖定44472.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果47502.4.1放大率47482.4.2參量增益48502.5小結(jié)5051參考文獻(xiàn)5154第三章脈沖時(shí)域平衡零拍測(cè)量的實(shí)驗(yàn)研究54693.1引言54553.2基本原理55573.3實(shí)驗(yàn)裝置57643.3.1光路部分57593.3.2電路部分59613.3.3測(cè)量方法613.3.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果61643.4小結(jié)6466參考文獻(xiàn)6669第四章確定性量子分束器的實(shí)驗(yàn)研究69874.1引言69704