InGaAs单光子探测器与布拉格反射波导纠缠光源研究
发布时间：2021-09-02 04:31
随着量子信息技术的不断发展,在量子保密通信领域中,我国已经完成了“京沪干线”等城际量子通信网络建设,“墨子”号卫星的发射以及实验;在量子计算领域中,科研人员已经研制出多达72量子比特的原型机。尽管有这些振奋的成绩,量子信息技术依然任重道远。设备无关的量子密钥分发尚未实验成功,移动终端的量子保密通信依然在研究阶段,“量子霸权”尚未实现,量子计算机的实用化、商业化依然任重道远。其中的一个原因是使用的很多器件不完美、达不到理论要求。纠缠光源和单光子探测器是量子信息中的两个关键器件,其性能的好坏关系着整个量子信息系统性能的好坏。集成化的纠缠光源具有更好的稳定性、易于调整的结构、较小的系统尺寸等优势,是当前的一个热门研究方向。本文针对集成化的纠缠光源产生和单光子探测器进行理论和实验研究。主要完成了以下几方面的工作:1、对布拉格反射波导进行优化设计,并分析其在量子光学应用中的性能表现。我们首先使用一种半自动的在一维结构中求解波导本征模式的方法,实现从众多光波模式中找到所需要的光波模式,计算出所关注的色散、重叠度等特征。其次我们设计模拟退火算法计算出使波导性能达到最优的波导参数。再次我们使用二维仿真...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
将量子点、波导、和单光子探测器集成在一起的GaAs平台[53]
国防科技大学研究生院博士学位论文图2.6GaAs晶胞结构图，绿色球体代表镓（Ga）原子，蓝色球体代表砷（As）原子。AlOxGaAsAlGaAs0.70.3AlGaAs0.70.3（a）（b）图2.7人工双折射相位匹配结构[61]。（a）中不同的颜色代表不同的物质，（b）为电子扫描显微镜拍的照片。光学非线性。Index1.52.03.52.53.01.52.01.02.53.00.5Depth(um)Intensity(a.u.)0312AlGaAs0.70.3claddingAlGaAs0.70.3claddingGaAs/Aloxcore图2.8折射率剖面图和光波模式图[61]。蓝色实线为2.128μm的TE00模式，红色虚线为1.064μm的TM00模式。图2.7所示的是在Al0.7Ga0.3As层中植入五层AlOx，光波模式就在这些第25页
国防科技大学研究生院博士学位论文其中η1和η2分别是探测器D1和D2的探测效率。当τ2Tτ1时，经过一系列的运算可以得到：Rc=14R0cos2(′1′2),(2.59)其中′1=1/2，′2=(2+ET/)/2，E=E1E3，E1和E3则分别是态ψ1和ψ3的能量，R0是移除了半透镜M1、M2、M′1和M′2后探测器D1和D2之间的符合计数。从式（2.59）可知，探测器D1和D2之间的符合计数可由相位1和2控制而实现正相关和反相关。这个符合计数Rc的形式和偏振编码实验的形式一样，因此也是能够违反贝尔不等式的，实现纠缠。该能量-时间纠缠方案提出后，在1998年N.Gisin组首次实现了能量-时间方案的光子对干涉。在相距10公里时得到81.6%的干涉可见度[82]。随后在同一年，他们组又进行了能量-时间方案的贝尔不等式测量，得到95.5%干涉可见度，以及贝尔参数S=2.92±0.18，违反贝尔不等式达到5.1个标准差[83]。由于该能量-时间纠缠方案需要光子对的相干时间大于干涉仪不等臂路径差的时间，这对光源提出了很大的要求。1999年H.Zbinden等人提出脉冲形式的能量-时间纠缠光子对，也即现在称之为的time-bin纠缠光子对，如图2.20所示。该方案与N.Gisin等人实现的能量-时间纠缠方案最大的区别就是该方案采用脉冲图2.20time-bin纠缠方案，包含三个不等臂干涉仪，泵浦光采用脉冲激光，图片来源于文献[81]。第37页
【参考文献】：
期刊论文
[1]NbN superconducting nanowire single photon detector with efficiency over 90% at 1550 nm wavelength operational at compact cryocooler temperature[J]. WeiJun Zhang,LiXing You,Hao Li,Jia Huang,ChaoLin Lv,Lu Zhang,XiaoYu Liu,JunJie Wu,Zhen Wang,XiaoMing Xie. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2017(12)
[2]Time-Bin Phase-Encoding Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution with Four Single-Photon Detectors[J]. 唐光召,孙仕海,陈欢,李春燕,梁林梅. Chinese Physics Letters. 2016(12)
本文编号：3378315
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
将量子点、波导、和单光子探测器集成在一起的GaAs平台[53]
国防科技大学研究生院博士学位论文图2.6GaAs晶胞结构图，绿色球体代表镓（Ga）原子，蓝色球体代表砷（As）原子。AlOxGaAsAlGaAs0.70.3AlGaAs0.70.3（a）（b）图2.7人工双折射相位匹配结构[61]。（a）中不同的颜色代表不同的物质，（b）为电子扫描显微镜拍的照片。光学非线性。Index1.52.03.52.53.01.52.01.02.53.00.5Depth(um)Intensity(a.u.)0312AlGaAs0.70.3claddingAlGaAs0.70.3claddingGaAs/Aloxcore图2.8折射率剖面图和光波模式图[61]。蓝色实线为2.128μm的TE00模式，红色虚线为1.064μm的TM00模式。图2.7所示的是在Al0.7Ga0.3As层中植入五层AlOx，光波模式就在这些第25页
国防科技大学研究生院博士学位论文其中η1和η2分别是探测器D1和D2的探测效率。当τ2Tτ1时，经过一系列的运算可以得到：Rc=14R0cos2(′1′2),(2.59)其中′1=1/2，′2=(2+ET/)/2，E=E1E3，E1和E3则分别是态ψ1和ψ3的能量，R0是移除了半透镜M1、M2、M′1和M′2后探测器D1和D2之间的符合计数。从式（2.59）可知，探测器D1和D2之间的符合计数可由相位1和2控制而实现正相关和反相关。这个符合计数Rc的形式和偏振编码实验的形式一样，因此也是能够违反贝尔不等式的，实现纠缠。该能量-时间纠缠方案提出后，在1998年N.Gisin组首次实现了能量-时间方案的光子对干涉。在相距10公里时得到81.6%的干涉可见度[82]。随后在同一年，他们组又进行了能量-时间方案的贝尔不等式测量，得到95.5%干涉可见度，以及贝尔参数S=2.92±0.18，违反贝尔不等式达到5.1个标准差[83]。由于该能量-时间纠缠方案需要光子对的相干时间大于干涉仪不等臂路径差的时间，这对光源提出了很大的要求。1999年H.Zbinden等人提出脉冲形式的能量-时间纠缠光子对，也即现在称之为的time-bin纠缠光子对，如图2.20所示。该方案与N.Gisin等人实现的能量-时间纠缠方案最大的区别就是该方案采用脉冲图2.20time-bin纠缠方案，包含三个不等臂干涉仪，泵浦光采用脉冲激光，图片来源于文献[81]。第37页
【参考文献】：
期刊论文
[1]NbN superconducting nanowire single photon detector with efficiency over 90% at 1550 nm wavelength operational at compact cryocooler temperature[J]. WeiJun Zhang,LiXing You,Hao Li,Jia Huang,ChaoLin Lv,Lu Zhang,XiaoYu Liu,JunJie Wu,Zhen Wang,XiaoMing Xie. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2017(12)
[2]Time-Bin Phase-Encoding Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution with Four Single-Photon Detectors[J]. 唐光召,孙仕海,陈欢,李春燕,梁林梅. Chinese Physics Letters. 2016(12)
本文编号：3378315
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