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《山西大学》 2017年
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连续变量轨道角动量纠缠态的产生与测量

郭俊  
【摘要】:压缩态和纠缠态作为量子光学与量子信息领域的核心资源,一直是人们研究的热点。近年来,光的多个自由度的纠缠越来越引起了人们的关注,光场不仅携带有与其偏振有关的自旋角动量,而且携带有与其空间位相结构相关的轨道角动量,光的轨道角动量量子态拓宽了希尔伯特空间的维度,在超分辨率量子成像,量子计量以及高维量子信息处理中都有潜在的应用,轨道角动量压缩和纠缠态还能实现超越量子噪声极限的转角测量,并且能与原子相结合实现量子信息转换和量子存储。同时具有自旋角动量纠缠和轨道角动量纠缠的超纠缠态还可以提高量子信道容量,可用于量子超密集编码,多通道量子信息传递等领域,具有广泛的应用前景。本文主要进行了连续变量轨道角动量压缩态和纠缠态的相关理论和实验研究,主要内容如下:1.首先介绍了光学参量过程(OPO)的理论模型以及输出噪声特性,进一步研究了失谐对OPO输出噪声特性的影响,OPO用来产生我们所需要的压缩态和纠缠态光场。2.产生轨道角动量压缩和纠缠,需要用到高阶模的压缩和纠缠,为了提高高阶模的压缩度和纠缠度,我们理论分析并实验验证了产生高阶模纠缠的最佳泵浦模式,在实验上利用三种不同的泵浦模式HG00,HG20以及二者的叠加模产生了一阶厄米高斯模HG10模的纠缠,通过比较三种情况下获得的纠缠证明了利用最佳泵浦模式可以产生最大的纠缠。3.实验上利用一束HG01模的压缩态和一束HG10模的相干态在98/2分束器上耦合产生了轨道角动量压缩态,设计了一种直接测量轨道角动量斯托克斯分量的测量装置,并在实验上利用此装置对产生的轨道角动量压缩态斯托克斯分量进行了直接测量,并且在庞加莱球上对产生的轨道角动量压缩态进行了描述。证明了此方案的可行性和有效性。4.实验上利用加入像散补偿装置的单个Ⅱ类OPO产生了同时具有轨道角动量纠缠和自旋角动量纠缠的连续变量超纠缠态,并在庞加莱球上分别对产生的自旋角动量纠缠和轨道角动量纠缠进行了描述。本文的创新之处有:1.实验上利用最佳泵浦模式产生了高阶模纠缠,证明了利用最佳泵浦模式相比于其它泵浦模式能获得更大的高阶模纠缠。2.提出并实验验证了一种直接测量轨道角动量斯托克斯分量的测量方案,并且在庞加莱球上对产生的轨道角动量压缩态进行了描述。3.利用Ⅱ类OPO产生了同时具有轨道角动量纠缠和自旋角动量纠缠的连续变量超纠缠态,并在庞加莱球上对产生的轨道角动量纠缠和自旋角动量纠缠分别进行了描述。
【学位授予单位】:山西大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O413

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