光波導參量振盪壓縮器

《光波導參量振盪壓縮器》是依託安徽工業大學，由王東擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：光波導參量振盪壓縮器
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王東
• 依託單位：安徽工業大學

項目摘要

壓縮態光場是連續變數量子信息的重要載體。光學參量振盪器被證明是產生壓縮態光場的有效工具，但是由於非線性晶體中的光斑不能太小，晶體也不能太長，要求有較大的泵浦功率。利用光波導可以縮小光斑尺寸，增強非線性相互作用，從而降低泵浦功率。本項目擬對光波導參量振盪壓縮器展開研究。為了使問題簡單化，本項目只針對利用離子交換或雷射直寫技術在周期極化KTP晶體上形成的波導，在分析導模空間場分布的基礎之上，定量分析波導內的額外噪聲和非線性耦合效率，然後在此光波導兩端加適當反射率的腔鏡或鍍膜，最終建立此光波導參量振盪器的理論分析方法，並實現可以輸出壓縮真空態、正交振幅壓縮態和正交位相壓縮態的低功耗光波導參量振盪壓縮器。光波導參量振盪壓縮器的輸出光可以利用各種成熟的光纖光學技術，構建量子通訊網路。同時光波導壓縮器也容易集成到晶片上，進行量子信息處理。本項目的研究也將為實現其他類型的光波導壓縮器件奠定基礎。

結題摘要

壓縮態光場是連續變數量子信息的重要載體。光學參量振盪器被證明是產生壓縮態光場的有效工具，但是由於非線性晶體中的光斑不能太小，晶體也不能太長，要求有較大的泵浦功率。利用光波導可以縮小光斑尺寸，增強非線性相互作用，從而降低泵浦功率。另外，糾纏態光場與貴金屬相互作用，會激發一種物態，叫做表面等離激元，它的量子特性開始被人們重視起來，因為它的局域場增強效應和突破衍射極限的光場操控能力，也非常適合集成量子器件的的套用需求。本項目完成了一些相關方面的物理基礎研究。主要內容如下： 1.研究了周期極化非線性的模場分布和參量振盪特性。分析了波導中基波和二次諧波的基模模場分布與波導芯層和包層的折射率對比的關係。結果表明單純減少芯區面積，並不能提高波導的場約束能力增強非線性效應，芯層與包層採用高折射率對比結構的波導比低折射率對比結構的波導模場尺寸更小，而且在兩種結構的波導中，基波和二次諧波的模場分布近似相同，基波模場面積略大。在4毫瓦紅外光泵浦時，得到30微瓦倍頻綠光。 2.光學參量放大器（NOPA）級聯時產生壓縮態和糾纏態光場的量子極限。理論推導得到了量子極限的表達式。分析表明COPA可以在低泵浦參數下獲得寬頻寬壓縮，腔的輸出效率是限制COPA壓縮度提高的主要因素。 3.研究了連續變數糾纏態光場的超透射行為。我們用聚焦離子束在金膜上加工了六角對稱的金屬納米圓孔陣列，這種小孔陣列透射光時不改變入射光的偏振方向，而且透射率比較高。NOPA產生的偏振垂直的糾纏態光場經透鏡會聚後穿過這鐘金屬小孔陣列，用貝爾態直接探測的方法，仍可測得透射光具有糾纏特性。而且利用反饋控制的方法，可有效利用金屬表面的反射光，減少損耗對量子態的破壞，從而提高透射光的糾纏度。 4.研究了一種新的貝爾態直接探測方案。糾纏態的測量一般用兩套平衡零拍探測系統。2002年山西大學光電所發明了一種叫做貝爾態直接測量的方法，可以不用本地光，測量正交振幅反關聯、正交位相正關聯的糾纏態。對於正交振幅正關聯、正交位相反關聯的糾纏態，已有的測量方法是兩套平衡零拍探測、兩套Mach-Zehnder（MZ）干涉儀，或者間接測量，本文用一套非平衡光纖MZ干涉儀測量正交振幅正關聯、正交位相反關聯的糾纏態。