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3.2μm波段基于铌酸锂晶体的类束状量子光源(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第11期61卷 136-143页

作者：尤世欣袁晨智金锐博武汉工程大学光学信息与模式识别湖北省重点实验室湖北武汉430205

铌酸锂晶体在3.2μm波段满足群速度匹配条件,可以在自发参量下转换(SPDC)过程中产生频域无关联光子对。但是,此时光子对在空间域通常为环状分布,降低了光子对的收集效率,从而降低光源亮度。如何让双光子在满足频域无关联的同时,处于空... 详细信息

铌酸锂晶体在3.2μm波段满足群速度匹配条件,可以在自发参量下转换(SPDC)过程中产生频域无关联光子对。但是,此时光子对在空间域通常为环状分布,降低了光子对的收集效率,从而降低光源亮度。如何让双光子在满足频域无关联的同时,处于空间单模状态,成为了一个亟需解决的问题。通过理论计算和数值模拟,对双光子的空间分布进行优化设计,发现周期极化铌酸锂和定制极化铌酸锂在特定波长和温度条件下,在SPDC中产生的双光子可在空间呈现类束状分布,施密特数可达1.170和1.150。本方案可为中红外波段的量子光学实验提供频域无关联和空间单模的量子光源。

关键词：铌酸锂晶体量子光源自发参量下转换类束状分布群速度匹配

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基于自发参量下转换的量子光源综述

激光技术 2022年第1期46卷 38-44页

作者：刘希宇崔雨晴刘进赵天明华南师范大学信息光电子科技学院广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室广州510631 中山大学物理学院光电材料与技术国家重点实验室广州510275

自发参量下转换在制备量子光源等领域具有重要的研究价值。归纳了自发参量下转换的主要技术方案,讨论了不同类型(type-0,type-Ⅰ,type-Ⅱ)自发参量下转换量子光源的研究进展及其在多光子量子纠缠态和高维量子纠缠态制备等方面的应用,介... 详细信息

自发参量下转换在制备量子光源等领域具有重要的研究价值。归纳了自发参量下转换的主要技术方案,讨论了不同类型(type-0,type-Ⅰ,type-Ⅱ)自发参量下转换量子光源的研究进展及其在多光子量子纠缠态和高维量子纠缠态制备等方面的应用,介绍了腔增强自发参量下转换窄线宽量子纠缠态的制备及应用,最后对各种方案所存在的问题和未来的发展方向进行了分析与展望。

关键词：非线性光学量子光源自发参量下转换腔增强自发参量下转换

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半导体量子点量子光源研究进展

激光技术 2020年第5期44卷 575-586页

作者：徐强谢修敏张伟袁菲胡卫英邓杰赵新华宋海智西南技术物理研究所成都610041 电子科技大学基础与前沿研究院成都610054

半导体量子点被认为是制备量子光源的最佳方案。量子点量子光源的可控性、纯度、亮度、全同性和相干性都有了很大的提高,已接近于应用水平。归纳了基于半导体量子点的量子光源研究进展中的关键问题,指出了半导体量子点量子光源在3个方... 详细信息

半导体量子点被认为是制备量子光源的最佳方案。量子点量子光源的可控性、纯度、亮度、全同性和相干性都有了很大的提高,已接近于应用水平。归纳了基于半导体量子点的量子光源研究进展中的关键问题,指出了半导体量子点量子光源在3个方面的主要进展,并讨论了关键制备技术,即半导体量子点作为单光子光源,实现了高全同性、高纯度、高收集效率等特性;通过降低精细结构分裂效应等措施,量子点量子光源实现了具有高比特率、高保真度特性的光子纠缠;量子点量子光源与平面电子线路和纳米光子系统的芯片集成取得了显著成效。在此基础上,对半导体量子点量子光源在量子信息领域的研究前景进行了展望。

关键词：量子光学量子光源半导体量子点单光子源纠缠源片上集成

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高亮度量子光源及其应用

高亮度量子光源及其应用

作者：高俊上海交通大学

学位级别：硕士

量子信息科学是一门新兴的前沿性交叉科学,它以量子物理学基本原理作为依托,结合数学、计算机科学等学科为信息安全和计算机计算能力带来了革命性的改变。对于以光子作为载体的量子信息处理,高亮度量子光源的制备和操控就显得尤为重要... 详细信息

量子信息科学是一门新兴的前沿性交叉科学,它以量子物理学基本原理作为依托,结合数学、计算机科学等学科为信息安全和计算机计算能力带来了革命性的改变。对于以光子作为载体的量子信息处理,高亮度量子光源的制备和操控就显得尤为重要。目前典型产生量子光源的制备方式是基于非线性晶体自发参量下转换过程,本文主要介绍基于两种不同非线性晶体的量子光源制备与特征化,包括高亮度极化纠缠源和全同四光子源,并以此开展的两项工作:1.海水信道量子通信。我们首次实现了传输长度为3.3m的自由空间海水信道的量子通信。我们利用单光子的6种不同极化经过海水信道得到了98%以上保真度的高保真态传输,且传输的过程矩阵接近完美信道传输;同时我们利用纠缠光子对验证了海水信道对纠缠的保持特性,我们在经过海水信道后依然能够观测到量子态的极化反关联特性与Bell不等式33个标准差破坏。我们可以预期在未来在远离海岸线的纯净海水中,结合蓝绿波段的海水通信窗口,能够实现更长距离的海水信道量子通信,并结合量子中继器,实现真正意义上覆盖全球的量子通信网络。2.二维光子晶格中观察双光子非经典关联。我们利用飞秒激光直写技术,在硼硅酸盐玻璃中加工出二维光子晶格,在注入高亮度关联光子的情况下,首次观察到二维体系中全同光子非经典关联。我们对比全同与可分辨光子理论值和实验数据的相似度,分别得到相似度S=0.890±0.001和S=0.916±0.001,证明了基于芯片的光量子信息处理能够提供单光子级的片上操纵和高度的干涉相位稳定性。由于玻色子的聚束效应,我们观察到对Cauchy-Schwarz不等式破坏达到20个标准差。我们的实验为飞秒激光加工波导阵列能够在更复杂的二维体系中实现量子干涉和量子模拟提供了可行性依据,并提供了基于芯片光量子信息处理探索二维体系的新道路。

关键词：量子光源海水信道量子通信二维光子晶格非经典关联

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可片上集成的氮化镓微环量子光源研究

可片上集成的氮化镓微环量子光源研究

作者：曾红电子科技大学

学位级别：硕士

量子光源是量子信息科学技术领域的核心器件,广泛应用于量子计算机网络、量子保密通信、量子精密测量等领域。随着量子信息技术向可扩展和实用化方向发展,对高维和多光子的复杂纠缠态的需求越来越迫切,亟需发展频域多模量子光源,并且量... 详细信息

量子光源是量子信息科学技术领域的核心器件,广泛应用于量子计算机网络、量子保密通信、量子精密测量等领域。随着量子信息技术向可扩展和实用化方向发展,对高维和多光子的复杂纠缠态的需求越来越迫切,亟需发展频域多模量子光源,并且量子纠缠光源集成化和小型化也是重要的探索方向。因此,探索不同材料平台制备可集成的高质量量子光源对于推动量子信息技术的发展至关重要。氮化镓材料具有良好的非线性光学特性和成熟的加工工艺,具有制备高质量的量子光源的潜力。本论文提出并制备了基于氮化镓微环谐振器的量子光源,并对其单光子特性和纠缠特性进行研究,具体研究内容如下:(1)微环基本理论和微环中关联光子对产生机理的分析。详细介绍了微环谐振器的关键参数,理论上系统分析了氮化镓微环谐振器的传输特性和色散特性,阐明了微环谐振器中自发四波混频效应产生关联光子对的机制。(2)氮化镓微环器件的设计、制备与特性表征。详细介绍了氮化镓材料特性,基于对外合作实现了蓝宝石衬底上外延生长的未掺杂氮化镓薄膜,得到品质因子～106,自由光谱范围～330 GHz的氮化镓微环,对微环色散进行有限元仿真和实验,得到宽谱反常零色散曲线,色散系数为-8.26×10-27 s2/m,仿真结果与实验吻合。(3)对氮化镓微环频域多模量子光源的关联特性、单光子特性和能量-时间纠缠特性进行研究。搭建了基于氮化镓微环谐振器的量子光源实验测试平台,测量了量子光源谱线分布,在80 nm范围内实现了量子光频梳产生,并对其中7对光子进行了联合光谱强度测量。在泵浦功率为1.83 mW时,探测到闲频光子的单边计数率为345 kHz;符合计数-偶然符合计数比CAR的最大值为243±24。研究了光源作为单光子源的性能,对于光子单模热场,二阶自相关函数g(2)(0)为1.9983±0.0384,对于可预报单光子源,在预报信号光子的探测计数率为189kHz时,得到闲频光子二阶自相关函数gH(2)(0)为0.045±0.001。研究了光源作为纠缠光源的特性,通过双光子干涉实验进行能量-时间纠缠特性的验证,得到干涉条纹可见度为99.74±3.43%。首次验证了基于氮化镓微环器件的量子关联/纠缠光子产生,结果表明氮化镓微环器件具有研制高质量量子光源的潜力,为全集成量子光学平台提供了新的思路。

关键词：氮化镓微环谐振器自发四波混频量子光源

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基于光纤中四波混频的偏振纠缠量子光源研究

基于光纤中四波混频的偏振纠缠量子光源研究

作者：李凤娇天津大学

学位级别：硕士

纠缠光子是量子信息相关研究中的重要基础性资源,在量子密钥分发、量子隐形传态、量子超密编码和量子度量学等方面有重要应用。基于纠缠光子的广泛应用,制备能够产生纠缠光子对的量子光源获得了学术界的关注,如何获得结构灵活、体积小... 详细信息

纠缠光子是量子信息相关研究中的重要基础性资源,在量子密钥分发、量子隐形传态、量子超密编码和量子度量学等方面有重要应用。基于纠缠光子的广泛应用,制备能够产生纠缠光子对的量子光源获得了学术界的关注,如何获得结构灵活、体积小巧、低成本、实用化的量子光源也成为了备受关注的一个问题。本文从理论上对光纤中的自发四波混频过程进行了详细解释,得到其参量增益表达式以及相位匹配条件,在此基础上研究且制备了基于零色散位移光纤中自发四波混频过程的便携式偏振纠缠量子光源。主要完成的工作有:1.搭建了基于光纤中自发四波混频过程的偏振纠缠量子光源装置,波长为1553.33 nm的泵浦光抽运500 m零色散位移光纤产生了信号和闲置光子波长分别为1558.17 nm和1548.51 nm的偏振纠缠光子对。2.完成了量子光源电子系统的设计与调试,电子系统可以实现光信号的光-电转换,同时还可以对电信号进行可编程延时与分频,电子系统输出的TTL电信号可作为单光子探测器和数据采集系统的同步时钟触发信号。3.完成了量子光源电子系统性能测试实验、纠缠光子对的单通道计数实验和符合计数实验。实验结果表明电子系统可以实现指定的分频和延时,分频测量结果的绝对误差平均值为0.013 MHz,延时测量结果相对拟合结果的最大误差为0.096 ns;当单通道光子产生率为0.0007对/脉冲时符合计数和随机符合计数之比可达22.8,偏振纠缠干涉条纹可见度为0.87。

关键词：量子光源偏振纠缠四波混频延时分频

利用聚焦氦离子束在六方氮化硼中精确制造量子光源

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利用聚焦氦离子束在六方氮化硼中精确制造量子光源

利用域排列算法设计铌酸锂晶体实现3μm中红外波段频域纯态单光子源

第十一届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：刘冠麟景鹏涛中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

二维(2D)层状六方氮化硼(hBN)材料是制造单光子发射器(SPE)的有前途的平台。为了将SPE与光学微腔或波导集成,需要尽可能准确地确定这些发射器的定位。在所有替代技术中,He+聚焦离子束(He+FIB)理论上具有亚纳米精度,但其在处理单光子发... 详细信息

二维(2D)层状六方氮化硼(hBN)材料是制造单光子发射器(SPE)的有前途的平台。为了将SPE与光学微腔或波导集成,需要尽可能准确地确定这些发射器的定位。在所有替代技术中,He+聚焦离子束(He+FIB)理论上具有亚纳米精度,但其在处理单光子发射器时的实际定位精度受到不可避免的预期外的缺陷的限制。到目前为止,在h BN中实现单光子发射器定位精度低于100 nm仍然具有挑战性。在这里,我们提出了一种在hBN中预定位置创建单光子发射器的两步方法,该方法结合了He+FIB辐射和氧气气氛下的热退火。通过该方法,我们实现了小于50 nm的定位精度。此外,SPE转化率超过35%,室温下单个单光子发射器的发射亮度高达3×105 counts/s。这些在hBN中以纳米级精度精确制造的单光子发射器有望成为在光子电路中制造大规模集成量子光源的良好候选者。

关键词：量子光源微纳加工六方氮化硼

来源： cnki会议评论

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物理学报 2022年第20期71卷 75-81页

作者：张晨涛石小涛朱文新朱金龙郝向英金锐博武汉工程大学光学信息与模式识别湖北省重点实验室武汉430205

中红外波段的单光子源对于下一代量子传感、量子通信和量子成像的研究非常重要.目前常用的产生中红外单光子源的方法是基于周期极化铌酸锂(periodically poled lithium niobate,PPLN)自发参量下转换过程.但是,基于普通PPLN制备的单光子... 详细信息

中红外波段的单光子源对于下一代量子传感、量子通信和量子成像的研究非常重要.目前常用的产生中红外单光子源的方法是基于周期极化铌酸锂(periodically poled lithium niobate,PPLN)自发参量下转换过程.但是,基于普通PPLN制备的单光子源频域纯度不高,最高值只有0.82左右,会影响量子信息处理方案的保真度.本文利用域设计理论对30 mm长铌酸锂晶体的4000个域进行了定制化排列,消除了相位匹配函数中的旁瓣,获得了高斯型的分布.计算得到的单光子源的频域纯度可达0.99,可调谐范围为2.7—3.3μm.该定制极化铌酸锂(customized poled lithium niobate,CPLN)有望为中红外波段量子信息研究提供性能优异的单光子光源.

关键词：铌酸锂晶体极化周期设计中红外波段量子光源

用于量子纠缠密钥的多波长量子关联光子对的产生

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物理学报 2024年第23期73卷 70-76页

作者：胡飞飞李思莹朱顺黄昱林旭斌张思拓范云茹周强刘云中国南方电网电力调度控制中心广州510663 安徽省量子安全工程技术研究中心芜湖241002

随着量子信息技术的发展,多用户量子纠缠密钥分发网络受到越来越多的关注.其中,多波长量子光源是建立多用户连接的关键器件.尽管近年来在多波长量子光源的研究上取得了显著的进展,但受限于非线性光学器件的设计和制备技术,增加量子光源... 详细信息

随着量子信息技术的发展,多用户量子纠缠密钥分发网络受到越来越多的关注.其中,多波长量子光源是建立多用户连接的关键器件.尽管近年来在多波长量子光源的研究上取得了显著的进展,但受限于非线性光学器件的设计和制备技术,增加量子光源的输出波长数仍然具有挑战性.本文系统分析了氮化硅微环谐振腔的色散和尺寸等关键参数;设计并制备得到了自由光谱范围为20 GHz的氮化硅微环谐振腔,实验测试了氮化硅微环腔中量子关联光子对的产生和输出特性.实验结果表明,该光源在25.6 nm的波长范围内实现了71对波长上的关联光子对产生.

关键词：微环谐振腔量子光源量子关联量子纠缠密钥