自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換制備單光子源及其測量與應(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量與應(yīng)用研究【摘要】：單光子態(tài)是一種非常重要的非經(jīng)典光場它在量子光學(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。該過程利用二階非線性相互作用將泵浦光子轉(zhuǎn)換成一對高度關(guān)聯(lián)的光子對只要測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)換過程產(chǎn)生的光子對在多個(gè)維度上都具備糾纏特性可以用來制備各種糾纏光源以滿足不同的應(yīng)用。因此自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程及其制備的條件單光子源無論在理論還是實(shí)驗(yàn)上都得到了廣泛且深入的發(fā)展。單光子源的制備、傳輸與測量以及對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微觀世界的認(rèn)識加深對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、傳輸和測量展開的其核心內(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)的各種物理模型對每種方法的利于弱光場尤其是單光子態(tài)的頻率轉(zhuǎn)換?！娟P(guān)鍵詞】：單光子脈沖光學(xué)諧振腔時(shí)域平衡零拍

4、探測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)位級別】：博士【學(xué)位授予年份】：2011【分類號】：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)換過程20211.2單光子態(tài)的測量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311.4弱光場的頻率變換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)換過程40542.1引言40412.2基本原理41422.3實(shí)驗(yàn)過程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