基于参量下转换过程制备的宣布式单光子源

发布时间：2020-03-23 21:12

【摘要】：单光子是实现光量子信息处理的基本前提条件,因此单光子源是近年来量子信息领域的研究热点。理想的单光子源是任意时刻产生且只产生一个光子的物理系统,但严格的制备非常困难。作为一种可能的代替方式,对非线性材料参量下转换过程产生的纠缠光子对的一个光子进行测量,从而将另一个光子宣布到单光子态的宣布式单光子源制备,被认为是一个有效的单光子制备方法。这样制备的单光子源,由于其工作环境为常温、光子容易收集、频率可调等优点而广受关注。当然,该方法的一个瓶颈问题是,宣布效率有待提高。本文从单光子波包,尤其是高斯型单光子波包,的物理特性出发,分析了参量下转换过程中的纠缠双光子特性,从理论上给出了提高宣布式单光子的宣布效率的可能途径。进而,以著名的Hanbury Brown Twiss(HBT)实验中光场二阶关联函数的实验测量为依据,对宣布和未宣布的单光子二阶关联函数进行了实验测量。以Ⅰ类相位匹配非线性晶体偏硼酸钡(BBO)的参量下转换过程中所产生的偏振纠缠光子对为例,通过分析其噪声特性,提出优化测量基来提高单光子宣布效率的方案。实验上,我们利用三个单光子探测器搭建了扩展型HBT实验系统,实现了宣布式单光子源制备及其宣布效率测量。实验实测结果表明,宣布出来的单光子场,其二阶相干度满足:g(0)1的反聚束特性,从而是一个较好的单光子源;通过选择合适的测量基,双光子纠缠度可提升大约8%,从而得到约4%的宣布效率的提升。本文的工作表明,进一步对宣布测量基进行优化,得到更高的宣布效率是可能的。
【图文】：

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逦１１０１逡逑基于单光子偏振信息的量子秘钥分发方案一直以来都是量子信息研究中一个主要逡逑方向［４］。如图１－１和表１－１所示，其中ｔ、一、／、＼分别表示单光子的不同的偏振方逡逑向，在利用单光子偏振态实现的ＢＢ８４量子密钥分发这一方案中，，单光子的偏振方向被逡逑

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当光子数态为单光子态｜１＞时，可知此时的二阶相干度为ｇ２（（0邋＝邋0。利用ＨＢＴ实验测逡逑量光场的二阶相干度得到的结果越接近于０就说明光源越接近于单光子源。理想的单光逡逑子源在连续激励下其相关函数大致如图１－２所示逡逑！：；Ｈａ邋ｒ－逡逑ｒ邋＼逡逑！：：：邋Ｖ逡逑°ｊ邋■逦，逦｜逡逑－２０邋0邋２０逡逑Ｔｉｍｅ邋Ｄｅｌａｙ邋（ｎｓ）逡逑图１－２单光子场相关函数曲线图逡逑当然通过ＨＢＴ实验对光场二阶相干度的测量只是评价光源的一个必要条件，因为逡逑这种方法只能反映光源中出现多光子事件的情况，并不能反映出０光子事件的情况。单逡逑光子源另一个需要满足的条件是光源产生的光子是不可分辨的。例如二能级系统中辐逡逑射的光子理论上应该是完全不可分辨的。除了单光子源的产生，对产生的光子进行收逡逑集也是一项很有挑战的工作，因此理想的单光子源除了应具备较高的光子产生率之外逡逑也应具备较氋的收集效率。实验上一般将光子耦合到光学腔中的方法提高单光子源的逡逑收集效率［８］。另外根据使用光源的条件的不同对单光子源一般要求能在合适的温度下工逡逑作、产生的单光子的波长可调、发射速率快、具有特定的偏振特性等条件。逡逑１．２．３单光子源的制备逡逑理想的单光子源能够在任意时刻根据使用者的需要发射且只发射一个光子，即逡逑“按需”单光子源。据此可以将单光子源大致分成概率源和按需源两类。其中概率源逡逑是指光源发射单光子的过程随机的，是一个概率事件。这类光源包括激光衰减法制备逡逑的准单光子源和利用非线性光学材料制备的宣布式单光子源（ＨＳＰＳ）
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O431.2

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