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单光子探测器量子效率的自绝对标定

陈希浩  
【摘要】:量子纠缠态被认为是很多奇特物理现象的根源,来自多个领域的研究者都企图对其进行解释,并希望将其应用于量子计算、量子保密通讯、量子远程传态等方面。而光量子纠缠态是实验上最早被研究的对象,其奇异的特点渐渐为人们所了解了。在激光泵浦非线性光学晶体的参量下转换过程中产生的孪生双光量子辐射场是良好的双粒子纠缠态源,量子光学领域的物理学家利用这一优势,做了大量理论和实验工作,特别是在实验上取得了许多令人瞩目的进展。 同时,随着科学技术的不断进步,单光子探测器从最初的光电倍增管发展到现在的工作于盖革模式的雪崩二极管。因其在近红外波段的量子效率高、增益大,同时也能覆盖可见光波段的特点,正日益广泛地应用于科学技术的各个领域。光谱学,荧光测量,激光测距、量子光学,任何需要弱光探测的地方都离不开单光子探测器。因而,精确地标定它们的量子效率成为其应用的先决条件。但是传统的标定方法都需要一个参考标准,不是标准的光源就是另一个标准探测器,具有一定的不确定度。作为度量学的终极目标的绝对标定方法克服了上述缺点。 利用纠缠的光子对可以实现单光子探测器量子效率的绝对标定,虽然需要借助另一个参考探测器但结果与它的参数无关。我们小组通过对光路和电路的巧妙设计,提出了一种利用双光子纠缠态对单光子探测器量子效率进行自绝对标定的方案,即不需要另一个探测器而实现绝对标定。并在此方案的基础上,实现了单光子探测器量子效率的自绝对标定实验。 本论文首先介绍了量子纠缠态问题的由来,量子纠缠态的基本概念、特点、研究现状和量子纠缠态在科学研究上的应用概况。然后介绍量子纠缠态的制备方法,主要介绍自发参量下转换产生的双光子纠缠态,并重点介绍连续激光器泵浦Ⅱ类相位匹配的非线性晶体产生的双光子纠缠源及其空间分布的特点。其中也介绍一些非线性光学的相关内容。 在回顾单光子探测器的绝对标定实验原理、实验方案和研究概况之后,详细地介绍了在我们小组提出的理论方案。并重点介绍了在此方案的基础上,基于自发参量下转换产生的双光子纠缠源,近期完成的单光子探测器量子效率的自绝对标定实验。其中包括理论推导、实验方案、电路部分的工作原理、实验结果和其他相关内容。 在实验中标定的探测器是硅雪崩光电二极管的Perkin Elmer公司的SPCM-AQR-13型单光子探测模块,以波长为441.6nm的氦?镉激光器泵浦BBO晶


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