基于零色散位移光纤的量子关联光子对特性的理论分析

论文摘要

量子关联光子对是实现量子信息处理、揭示量子力学定律的核心和基础。基于光纤的量子关联光子对具有高效便捷、易于操控的优点,是推进量子信息技术工程化和进行基础研究的关键。要使产生的关联光子对适用于各种量子系统,首先要了解和研究其特性。本文在理论上深入分析了脉冲光泵浦零色散位移光纤产生的关联光子对的频谱特性和纯度。主要内容如下:1.介绍了光纤中四波混频的经典和量子理论。解耦合波动方程求出经典四波混频增益的表达式,并且指出只有在位相匹配条件下才能得到较大增益。在四波混频量子理论中从相互作用哈密顿量入手,通过一阶微扰理论求出态矢量的表达式。基于态函数,进一步推导出单光子计数率和符合计数率,为研究关联光子对特性做铺垫。2.对利用脉冲光泵浦零色散位移光纤产生的关联光子对的特性进行分析。一方面研究了其频谱特性,分析各个实验参数对关联光子对频谱特性的影响。另一方面由理论推导得到的单光子计数率和符合计数率公式,结合实验中得到的经验公式,对关联光子对的纯度特性进行分析,为优化实验参数,提高关联光子对纯度做指导。3.将频谱函数推广到光子晶体光纤,并对关联光子对在工程上的应用提出初步方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 量子关联
• 1.2 基于晶体产生关联光子对
• 1.3 基于光纤产生关联光子对
• 1.4 论文的研究内容
• 第二章 光纤中四波混频经典和量子理论
• 2.1 光纤中的色散和非线性效应
• 2.1.1 光纤中的色散
• 2.1.2 光纤中的非线性效应
• 2.2 四波混频经典理论
• 2.2.1 耦合波动方程
• 2.2.2 参量增益
• 2.2.3 位相匹配
• 2.3 四波混频量子理论
• 2.3.1 相互作用哈密顿量
• 2.3.2 双光子态矢量
• 2.3.3 单光子计数率
• 2.3.4 符合计数率
• 2.4 小结
• 第三章 量子关联光子对特性
• 3.1 频谱特性
• 3.1.1 双光子频谱函数
• 3.1.2 条件频谱函数
• 3.2 关联光子对纯度
• 3.2.1 从理论到实验
• 3.2.2 泵浦峰值功率对光子对纯度的影响
• 3.2.3 带宽与光子对纯度的关系
• 3.2.4 滤波器形状对光子对纯度的影响
• 3.3 小结
• 第四章 总结与展望
• 4.1 全文总结
• 4.2 课题展望
• 4.2.1 频谱函数推广
• 4.2.2 关联光子对的应用
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢