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自发参量下转换过程的单光子测量及量子态重构

李永明  
【摘要】: 单光子态作为一种非经典光场,在基础量子光学实验研究、量子通讯、量子计算等领域有着重要的应用。由于单光子的量子性,避免了在通讯传输过程中的信号窃取,在确保信息安全等方面具有经典信息无法比拟的优越性。目前有多种方案可以制备单光子态,如直接将激光衰减至单光子水平、量子点、单荧光分子以及金刚石纳米颗粒中的N-V色心、腔QED及自发参量下转换等。其中,自发参量下转换因其成对的产生下转换光子,可以通过探测其中之一来确认另一个是否为单光子态,这样就可以在不破坏单光子的情况下确认单光子的存在。另外,参量下转换产生的光子对具有时间、空间、偏振、能量等多种纠缠,因而在理论和实验上都得到了广泛的研究。 本文是单光子态制备及其Wigner函数重构课题中的部分内容,主要包括两个方面内容,即脉冲抽运的Ⅰ类非共线相位匹配BBO晶体的自发参量下转换过程和利用量子层析摄影术重构光量子态的Wigner函数。其主要内容包括 1.计算了BBO晶体中下转换光的分离角与晶体切割角的关系曲线。在中心波长425nm飞秒脉冲抽运、下转换光频率简并的情况下,选择晶体的切割角θ为28.7度,对应下转换光与抽运光在晶体外夹角为5度。 2.使用CCD测量了自发参量下转换光分布。 3.分析了抽运光的走离效应和群速失配对下转换过程的影响。非共线匹配对群速失配有一定的补偿作用。当下转换光与抽运光夹角达到13.4度时,非共线相位匹配基本可以消除晶体中群速失配对下转换过程的影响。 4.在抽运光脉冲重复频率为76MHz的情况下,得到了每秒50500次的下转换光子记数,其中单光子概率大干99%。 5.作为重构单光子Wigner函数的实验准备,重构出连续光真空态和相干态的Wigner函数,并考虑了kc值和实验采集的数据点数量对实验结果的影响。


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