在87Rb冷原子系综中,利用自发Raman散射过程实现了光与原子纠缠。通过选择两个不同的跃迁频率的读光对存储的自旋波进行读出,在两种不同读光频率下测量了读出效率以及Bell参数S值。结果发现在读光功率相同的条件下其中一种读光频率的读出效率为18％,Bell参量S值为2.68。另一种读光频率的读出效率达到38％,Bell参量S值为2.5。本文的研究成果为产生高质量的光与原子纠缠源提供了实验基础。

在87Rb冷原子系综中, 利用自发Raman散射过程, 实现了光与原子的纠缠。测量了Bell参数S随着写激发率的变化关系, 当写激发率增加时, Bell参数S逐渐下降。当写激发率约为1％时, 测量了Bell参数S与自旋波存储时间的关系。实验测得Bell参数S会随着存储时间t的增大而减小, 在t=80 μs的时候S参数的测量值仍然大于2, 证明产生的光与原子的纠缠可以保持80μs以上。本文的研究结果为产生高质量的光与原子量子纠缠提供了实验基础。

本文在87Rb冷原子系综中通过自发拉曼散射过程进行了量子关联光子对产生的实验研究,测量了关联光子对的产生率和二阶关联函数g(2)随写光激发率、读光功率以及写光失谐等实验参数的关系曲线。结果表明:随着写光激发率的增加,光子对产生率线性增加,g(2)则不断减小;在小的读光功率处,光子对产生率和g(2)随着读光功率增加而增大,当读光功率超过30 mW后,产生率和g(2)随着读光功率增加反而有所下降;写光频率失谐为-5 MHz时光子对产生率和g(2)均达到最低,增大或减小写光失谐产生率和g(2)均逐渐增加。通过选取合适的实验参数,光子对产生率达到18对／秒,同时g(2)为106。本文的研究结果为产生高质量的纠缠源提供了实验基础。

我们在87Rb冷原子系综中进行了关联光子对的产生和测量。通过自发拉曼散射过程, 产生了一个Stokes光子和一个原子自旋波激发。利用电磁感应透明效应将存储在原子系综中的自旋波转化为一个anti-Stokes光子。在两相互正交的偏振基下, 测量了Stokes光子和anti-Stokes光子之间的交叉关联函数。实验结果表明, 交叉关联函数g(2)达到~75, 表现了强的非经典关联。基于现场可编程门阵列(FPGA)的自编程的多通道符合器被用于光子脉冲信号的采集和逻辑处理, 大大提高了偏振关联光子对的产生和测量速度, 为以后量子中继技术中的高效信息处理提供了重要基础。

在不同导向磁场条件下,利用电磁感应透明效应(EIT)动力学过程,在87Rb冷原子系综中进行了两正交偏振光存储和释放的实验研究。研究结果表明:随着导向磁场的增加,磁敏感自旋波对存储寿命的影响不断减小,存储寿命逐渐增大,当磁场增加到125 G时,存储寿命达到15 ms。

利用电磁感应透明效应的动力学过程我们在87Rb冷原子系综中实验实现光学信号的存储和释放。通过改变信号光和耦合光的角度实现了自旋波波长的变化。在此基础上我们研究了存储寿命与自旋波波长的关系,结果表明,光存储寿命随自旋波波长(角度)的增加(减小)而增加,当自旋波波长大于2.2 mm(信号光和耦合光的角度小于0.02度)时,存储寿命可达到2.4 ms。

以相干诱导光子带隙结构为工作基础, 提出了一种可对两个弱光信号的传播路径同时进行动态调控的新型全光路由控制方案。利用描述光波在空间周期介质中相干散射的传输矩阵理论, 结合描述单频激光与多能级原子共振相互作用的密度矩阵方程, 计算了作为控制媒介的相干驱动超冷原子系综的稳态反射光谱和稳态透射光谱。结果表明, 通过改变两个较强相干激光的空间模式、强度和频率等参数, 可在探测跃迁共振频率附近建立反射率约为95%或者透射率约为95%的两个特殊频带。对这样的相干诱导高反射带和高透射带进行了实时动态调控, 可根据需要引导两个不同频率的弱光信号进入指定的网络通道。该方案很好地满足了在量子信息处理领域对弱光信号进行全光路由控制时的低损耗和低形变要求。

将行波耦合激光、驻波光栅激光和静磁场作用于一个超冷原子系综，获得了由两个Bragg反射区和一个电磁感应透明区构成的动态可控光学微腔。对耦合激光、光栅激光和静磁场进行时间调制，将一个弱探测激光送入这一相干诱导光学微腔，使其形成周期振荡，然后再根据需要在一定时间延迟之后将其导出，将这一伴随着较弱能量损耗的探测脉冲受限传播过程视为一个有效的动态光存储机制。对提出的信息存储机制进行了数值模拟，讨论了它的优点和实用价值，提出了它的发展前景。