低维量子结构与调控教育部重点实验室, 物质微结构与功能湖南省重点实验室, 物理系和量子效应及其应用协同创新中心, 湖南师范大学, 湖南 长沙 410081
混合腔光力系统同时包含一次和二次光力相互作用。本文研究了混合腔光力系统中的双光子散射问题。在Wigner-Weisskopf框架下,通过求解散射过程,获得了混合腔光力系统散射态的解析表达式,揭示了双光子散射的4个物理过程:1)双光子均被直接反射,不进入腔中;2)一个光子被直接反射,另一个光子入射进腔中;3)两个光子按次序先后入射进腔中,但腔中最多只有一个光子;4)两个光子均入射进腔中。通过分析双光子散射谱,发现在该散射过程中可以产生双光子频率反关联,并且发现了混合腔光力系统中的参数与双光子散射谱特性之间的联系。该研究不仅提供了一种产生关联光子对的散射方法,而且提出了一种表征光力系统参数的光谱方法。
天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
光纤中的三阶非线性效应可用于多种量子态的制备,为量子信息的研究提供了一种有效的工具。光纤波导结构具有非线性作用长度长以及传输损耗低的特点,这可使非线性效应显著增强;而且波导结构中所产生的量子态具有纯净的空间模式,这有利于量子态的收集和操控;此外现有光纤和光纤器件具有工艺成熟、稳定高效和成本低廉的特点,这使得基于光纤的量子光源具有小型化、低成本以及可与现有光纤网络高效集成的优势。对基于光纤的量子关联光子对的制备工作进行回顾,主要内容包括利用不同种类的光纤实现不同波段、不同频谱特性的关联光子对,以及不同自由度的纠缠关联光子对。
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 教育部光电信息技术科学重点实验室, 天津 300072
利用光子晶体光纤中产生的一对波长可分别在750 nm～880 nm和1 310 nm～1 620 nm范围内连续调谐的量子关联光子, 对一台待测单光子探测器在覆盖O, C和L三个通信波段的多个选定波长处进行了量子效率的标定测量。该方法可用于在这三个波段内任意波长处绝对标定单光子探测器的量子效率。
单光子探测器 量子效率 关联光子对 绝对标定 single photon detector quantum efficiency correlated photon pairs absolute calibration
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
随着工业的不断发展,单光子激光测距凭借其探测距离远和探测灵敏度高等特点在测绘领域扮演着不可或缺的角色。本文介绍了单光子激光测距的关键技术、单光子探测器以及着重介绍了单光子激光测距技术应用领域的研究进展,并对未来单光子激光测距的发展进行了总结和展望。
成像系统 单光子测距 单光子探测器 时间相关光子计数技术 飞行时间法 雪崩二极管 激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011020
1 中国人民解放军陆军工程大学研究生院, 江苏 南京 210000
2 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院, 北京 100071
硅基微环腔的结构参数、半导体特性和工艺形貌会对相关光子对输出重复频率产生重要影响。将晶体硅非线性损耗计入输出重复频率的仿真计算,推导出全通型硅基微环腔自发四波混频效应模型,并利用该模型研究了全通型硅基微环腔品质因数、微环腔半径、晶体硅自由载流子寿命等参数对输出重复频率的影响。结果表明,当外品质因数取值5×104, 抽运功率达到15 mW且继续升高时,输出重复频率反而降低;理想情况下微环腔半径越小,输出重复频率越高;对硅基微环腔相关光子对光源而言,提高输出重复频率的首选方案是降低自由载流子寿命。
微纳光学 硅基微环腔 自发四波混频效应 相关光子对光源 品质因数 micro-nano optics silicon micro-ring resonators spontaneous four-wave mixing effect correlated photon-pair sources quality factor
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 合肥 230031
2 上海航天控制技术研究所, 上海 201109
3 中国电子科技集团公司第四十一研究所 国防科技工业光电子一级计量站, 山东 青岛 266555
4 中国科学技术大学, 合肥 230031
为在相关光子定标技术工程化过程中选择合适的泵浦机制及相位匹配模式, 开展了基于连续和脉冲激光的相关光子比对实验.采用355 nm连续激光泵浦偏硼酸钡晶体产生相关光子对, 对晶体吸收、透射损耗以及光学元件透过率进行测量和修正, 同时使用基于时间幅度转换的符合测量方法,得到单光子探测器量子效率为59.15%.利用518 nm脉冲激光泵浦周期极化磷酸钛氧钾晶体, 采用准相位匹配技术获取相同波段的相关光子, 基于时间幅度转换的符合测量方法得到单光子探测器量子效率为59%.比对实验结果, 两套定标装置方法的测量结果之差在0.25%以内, 主要误差来源于单光子探测器的响应非线性、光路透过率修正误差和单光子探测量子效率面非均匀性.实验结果验证了相关光子定标技术可随时随地复现的优点, 以及相关光子定标结果不受泵浦机制差异和实验装置差异的影响, 可为相关光子技术工程化中的激光器工作模式和相位匹配方式的选择提供参考依据.
辐射定标 自发参量下转换 相关光子 单光子探测器 量子效率 Radiometric calibration Spontaneous parametric down conversion Correlated photon Single photon detector Quantum efficiency
中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
针对我国空间科学的未来发展和应用需求,以及目前星上定标和在轨定标方法的局限性,提出一种基于自发参量下转换效应的自校准宽谱段(450～1500 nm) 辐射基准源设计方案。该辐射基准源系统主要由宽波段参量下转换、观测与自校准复用光路、多路光子计数与符合探测、信号采集与 测量控制等4个主要功能模块构成。辐射基准源兼有星上自校准和自主观测功能,能够在不依赖于外部基准的条件下实现高精度的自校准,保障对 地高精度观测,为其他卫星有效载荷提供高精度的量值传递标准。
相关光子 定标 辐射基准源 自校准 correlated photon calibration radiation reference source self-calibration 大气与环境光学学报
2017, 12(4): 283
1 山西大学光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
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。
冷原子系综 自发拉曼散射 量子关联光子对 二阶关联函数 cold atomic ensemble spontaneous raman scattering quantum correlated photon pairs the second-order correlation function
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230031
基于相关光子的定标技术能够实现“无标准传递”绝对定标, 研究相关光子的光谱辐射特性及时间相关特性对遥感器在宽波段的辐射定标具有重要意义。 为满足光电探测器在宽谱段量子效率定标需求, 基于相关光子的定标技术有必要从单一波段向更多波段扩展。 根据自发参量下转换所满足的相位匹配条件, 推导出相关光子在晶体内的非共线角计算公式, 通过数值模拟相关光子光谱辐射角度分布规律, 优化晶体相位匹配角, 使得自发参量下转换产生的相关光子具有宽光谱分布, 并且相关光子辐射角度与光谱波长能够一一对应。 根据光谱分布数值模拟结果, 建立了多波段相关光子的光谱分布和时间相关性测量实验系统, 利用该系统测量了四对相关光子的光谱分布、 符合计数、 相关时间以及偏振特性。 其中, 测量的光谱分布范围为633~808 nm, 最大光谱分布测量偏差为1.51 mm, 光谱分布实验测量结果与数值模拟结果符合一致； 测量了四对相关光子对的相关时间, 最小相关时间为0.32 ns, 并在实验中观察到了“符合三峰”现象； 相关光子单光子计数及符合计数与泵浦光的偏振方向呈正弦函数关系。 实验研究表明, 相关光子对具有可见光~近红外宽波段分布、 时间相关及偏振特性。 论文研究结果在国内外尚属首次报道, 该研究结果有望应用于光电探测器在多波段的辐射定标。
相关光子 多波段 时间相关性 偏振特性 Correlated photon Broad-band Time correlation Polarization character 光谱学与光谱分析
2016, 36(5): 1300
