超快高相干性可調光脈衝系統與量子調控套用

《超快高相干性可調光脈衝系統與量子調控套用》是依託北京交通大學，由李政勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超快高相干性可調光脈衝系統與量子調控套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李政勇
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

基於量子阱半導體光放大器（QWSOA）獨特的偏振效應，致力於發展面向量子相干調控的超快高相干性光脈衝系統，並套用於量子點調控，探索新現象，獲得高質量單光子源。主要研究：(1)揭示QWSOA超快偏振旋轉的微觀機理，建立QWSOA包含偏振效應的脈衝傳輸模型，闡明基於QWSOA偏振效應的全光微分與脈衝鎖模機制；(2)研究光脈衝的微分過程及電光調製器的反饋補償，獲得高重頻、高相干性、大可調的亞皮秒雙脈衝（孿生脈衝）；(3)探索QWSOA偏振效應的脈衝鎖模機制，產生穩定的飛秒光採樣脈衝；建立GaAsP材料多光子吸收數學模型，研究基於雙光子吸收的光採樣脈衝波形測量方法，實現對低功率亞皮秒脈衝波形的測量與監控；(4)套用超快相干光脈衝系統對量子點進行調控，探索Rabi振盪、Ramsey干涉等量子現象的新特徵，製備高頻、高相干性、可控單光子源。本項目的完成將使我國在量子相干調控領域率先進入國際先進行列。

結題摘要

本項目套用量子阱半導體光放大器（QW-SOA）獨特的偏振效應，藉助光學與全光信號處理方法，研製成功一種面向量子相干調控的高重頻、可調節、高相干性光脈衝系統，並用於半導體量子點調控，獲得了高頻高相干單光子源。具體成果包括： 一、理論方面 套用密度矩陣方法研究QW-SOA微觀量子效應與相干非線性過程，發現載流子的相干布居振盪是QW-SOA產生超快非線性偏振旋轉效應的重要因素。套用Muller矩陣法，得到QW-SOA非線性偏振正交損失的解析式；在矩陣模型基礎上，首次引入QW-SOA中增益與載流子濃度的對數關係，成功獲得QW-SOA的量子模型，揭示了QW-SOA超快偏振效應的微觀機理。 發現GaAsP的多光子吸收過程在外加電場或偏壓作用下，可通過光子輔助隧穿非線性Franz-Keldysh效應得以加強，觀察到多光子吸收係數在~5V偏壓下近似增加一倍。揭示了多光子吸收的偏振依賴特性，其係數隨1/4波片旋轉角按正弦規律變化。 提出基於全光微分的脈衝壓縮與整形方法，為高質量超短脈衝的產生提供了新的思路，使精密量子調控成為可能。首次發現調控雷射與量子點螢光具有極為相似的光譜特性，指出相干散射是獲得高相干單光子源的一種重要途徑。 二、技術方面 研製成功一種高重頻可調相干光脈衝系統。該系統由自主研發的基於PID控制工作點鎖定的電光調製器產生高穩定光脈衝，再通過QW-SOA的超快偏振旋轉實現全光微分，獲得了高重頻（20GHz）、高相干性（＞1m）、雙脈衝間隔30ps~3ns可調的亞皮秒（~1.6ps）脈衝序列。 首次套用QW-SOA的超快偏振效應，結合主動鎖模以及偏振濾波技術，獲得了高階鎖模飛秒脈衝系列，脈衝重頻達10Ghz、峰值功率超過125mW。 實驗成功一種基於多光子吸收的光採樣脈衝波形測量方法，可直接測量低功率亞皮秒脈衝波形，測量精度的理論值約1fs，高於其他自相關法。 通過對自組裝InAs/GaAs 量子點的相干調控，成功獲得重複頻率200MHz，相干長度25cm的可控單光子源。 此外，項目組還開發了以下實驗系統： （1）高速QW-SOA驅動與控制系統； （2）高速低噪聲單光子探測系統； （3）偏振相關損耗測試系統； （4）偏振模色散測試系統。