冷原子系统及窄线宽光子对的产生与调控研究
[Abstract]:Non-classical correlated photon pair is a very important quantum light source, which can explore the unknown quantum world. It has important applications in quantum key distribution, quantum information technology, quantum computing, quantum storage and communication. A pair of nonclassical correlated photon pairs is produced by spontaneous parametric effect conversion in nonlinear crystals under the condition of phase matching. The linewidth of the pair is usually in the order of THz. In order to be suitable for long range quantum communication and quantum network schemes based on light as flying bits and atoms as dot the linewidth of correlated photon pairs needs to match the order of atomic bandwidth. The atomic ensemble energy level is easy to be controlled, and the photon pair produced by nonlinear process must match the bandwidth of atomic energy level. Therefore, the generation of narrow-linewidth correlated photon pairs from atomic ensemble has become an important subject in quantum optics in the past ten years or so. On the other hand, with the development and wide application of laser cooling and trapping technology, cold atom ensemble has become an important dielectric source in the field of quantum optics, quantum information technology and so on. Combining the cold atom experiment technique and the quantum optics frontier problem, this doctoral thesis has accomplished the following three works. 1. We have constructed a 85Rb two-dimensional magneto-optic trap with an optical depth of 100. Magneto-optic traps are widely used in quantum optics and atomic and molecular physics to provide cold atomic sources for basic scientific research. Our two-dimensional magneto-optical trap is characterized by its high optical depth and low atomic ground state decoherence along the long axis, which is suitable for the preparation of narrow linewidth nonclassical correlated photon pairs. In cold atomic ensemble, the DLCZ scheme is used to generate correlated photon pairs. The writing light is first applied to the atomic ensemble, and the collective excited state of the atom, that is, the spin wave of the atom, is prepared by the Raman process, and a Stokes photon is produced at the same time. The time width of the two-photon wave function can be adjusted by the pulse width of writing light. The reading time of the anti-Stokes photon is determined by the action time of the read light, so the delay time of the photon pair can be controlled arbitrarily within the lifetime of the atomic spin wave. The photon pair produced in this way can be written as the product of two photon wave functions on the wave function, and they are independent of each other in the time and frequency domain. In a cold atomic cluster with high optical thickness, a narrow linewidth photon pair is prepared by spontaneous four-wave mixing under the action of continuous light, and the pair can be represented by a wave function in the dimension of time and frequency, so it has time-frequency entanglement. The anti-Stokes photon in the photon pair is delayed through a narrow-band electromagnetic induced transmission window. The main factors affecting the two-photon coherence time are the optical depth of atomic ensemble, the Rabi frequency 惟 _ c of the OD, coupling light, and the ground state decoherence rate 纬 _ (12). In a certain range, the larger the OD, the lower the Rabi frequency of the coupling light and the longer the coherent time. When the Rabi frequency of the coupled light is reduced to a certain extent and the absorption of the transmission window induced by electromagnetic transmission cannot be neglected, the ground state decoherence rate 纬 12 is the only factor limiting the coherence time, which determines the limit of the photon pair coherence time. By using the cold atomic ensemble with optical thickness up to 100, under the condition that 纬 12 is the low decoherence rate of 283kHz, the coherence time of photon pair for the first time exceeds 2 microseconds (up to 2.34 渭 s).
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O431.2
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,本文编号:2408254
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