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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

作　者: 李永明
导　师: 郜江瑞；张俊香
学　校: 山西大学
专　业: 光学
关键词: 单光子量子态下转换抽运光相位匹配 BBO晶体非共线非经典光场通讯传输实验准备
分类号: O4-34
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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引　用: 4次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
第一章引言  6-7
第二章自发参量下转换产生单光子  7-22
  2.1 概述  7-9
  2.2 自发参量下转换  9-18
    2.2.1 下转换晶体的选择  9-10
    2.2.2 晶体切割角θ与非共线匹配角α  10-12
    2.2.3 自发参量下转换光分布的测量  12-15
    2.2.4 抽运光的走离效应  15-16
    2.2.5 飞秒脉冲抽运的自发参量下转换过程的群速匹配  16-18
  2.3 单光子态的获得  18-21
    2.3.1 初步实验结果  19-20
    2.3.2 方案改进后的实验结果  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章量子态的重构  22-38
  3.1 Wigner函数简介  22-28
  3.2 通过量子层析重构光量子态的Wigner函数  28-37
    3.2.1 用于量子层析的平衡零拍探测  28-29
    3.2.2 逆Randon变换  29-31
    3.2.3 实验结果及分析  31-37
      A) 真空场的重构  32
      B) 相干光场的wigner函数的重构  32-34
      C) kc值对实验结果的影响  34-36
      D) 数据量对实验结果的影响  36-37
  3.3 本章小结  37-38
第四章总结与展望  38-39
附录A  39-40
附录B  40-41
附录C  41
参考文献  41-43
致谢  43-44
硕士期间发表和待发表的论文  44-45
声明  45

自发参量下转换过程的单光子测量及量子态重构

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