【摘要】：高純度的單光子是量子干涉的基礎(chǔ),而獨(dú)立單光子源之間的量子干涉是實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展量子網(wǎng)絡(luò)的必要條件。多年以來,基于多種介質(zhì)、多種物理機(jī)制、多種實(shí)現(xiàn)方式的單光子源層出不窮,其各具優(yōu)點(diǎn),也各有缺陷。我們利用二維磁光阱冷原子良好的相干性和四波混頻強(qiáng)三階非線性效應(yīng),在高光學(xué)深度的條件下,實(shí)現(xiàn)了具有窄帶寬、長(zhǎng)相干時(shí)間、時(shí)間-頻率糾纏、高純度等優(yōu)良性質(zhì)的預(yù)報(bào)式單光子,光子對(duì)相干時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2.34微秒。我們首次在實(shí)驗(yàn)上通過Hong-Ou-Mandel干涉證明了這種光子對(duì)產(chǎn)生的預(yù)報(bào)式單光子具有接近100%的時(shí)域純度,同時(shí)保留了光子對(duì)之間的時(shí)間-頻率糾纏。我們研究了兩臺(tái)獨(dú)立冷原子系綜產(chǎn)生的單光子之間連續(xù)式與脈沖式、同頻與不同頻的時(shí)域量子干涉,獲得了極高的干涉對(duì)比度,揭示了其物理機(jī)制和意義,探討了其潛在的應(yīng)用價(jià)值。本論文包括以下幾項(xiàng)工作:1.搭建了兩套二維磁光阱冷原子系統(tǒng),包括真空系統(tǒng)的組裝,矩形線圈和六路冷卻光的搭建和調(diào)試,鎖頻、驅(qū)動(dòng)、濾波腔等電子控制設(shè)備的制作,使用Labview進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集與處理的軟件編制等,從無到有完成了整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的搭建。2.在制備兩套獨(dú)立冷原子系統(tǒng)產(chǎn)生的窄線寬、長(zhǎng)相干時(shí)間的預(yù)報(bào)式單光子的基礎(chǔ)上,我們首次實(shí)現(xiàn)了它們之間的高對(duì)比度的雙光子干涉,即Hong-Ou-Mandel干涉,對(duì)比度高達(dá)80%。這證明了單光子處于時(shí)域純態(tài),同時(shí)保留了光子對(duì)之間的時(shí)間-頻率糾纏。另外,我們還實(shí)現(xiàn)了脈沖激發(fā)場(chǎng)下自旋波寫-讀式單光子的HOM干涉,獲得了高達(dá)91%的對(duì)比度,同時(shí)證明了其時(shí)間-頻率糾纏已被消除。3.在同樣的兩套冷原子系統(tǒng)下,雙Λ能級(jí)結(jié)構(gòu)下自發(fā)四波混頻過程產(chǎn)生的預(yù)報(bào)式單光子的頻率是可調(diào)節(jié)的。我們研究了獨(dú)立光子源間的量子拍頻效應(yīng)。所使用的長(zhǎng)相干時(shí)間的單光子之間的頻率差達(dá)到時(shí)間可辨析的MHz量級(jí)。干涉所輸出的態(tài)是一個(gè)離散頻率糾纏態(tài),其糾纏態(tài)的貝爾系數(shù)可由量子拍頻信號(hào)的對(duì)比度計(jì)算得到。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O431.2
【圖文】：

失諧為 的弱探測(cè)光作用。 與 分別為基態(tài)與激發(fā)態(tài)。圖2.1描述了 束 頻率為p的弱探測(cè)光進(jìn) 各向同性的 能級(jí)原 體介質(zhì)，相互作 后出射的情景，其中只考慮了電場(chǎng)。假設(shè)探測(cè)光沿 +z 軸 向傳播，則其電場(chǎng)波函數(shù)可以表 為Epεpi kpz ωptpi kpz ωpt(2.1)其中p p為探測(cè)光在介質(zhì)中的波數(shù)， 是真空光速，n 是介質(zhì)折射率，在真空中 ，ε 是單位偏振 量。p是光場(chǎng)振幅的復(fù)?

2.1.2三能級(jí)系統(tǒng)圖2.2所 的三能級(jí)系統(tǒng)中，頻率為p的探測(cè)光和頻率為c的耦合光分別作 于 和 ， 和 之間。同樣地，我們有EcEci kcz ωctEci kcz ωct(2.31)-15-

′ ′′，其實(shí)部和虛部分別與 散和吸收有關(guān)。如圖2.3(a)，當(dāng)共振時(shí)， ′ 和 ′′ 都等于 0，即當(dāng)折射率為 1 時(shí)，介質(zhì)對(duì)探測(cè)光吸收為0，因此這時(shí)的原 體在強(qiáng)耦合光作 下，對(duì)共振探測(cè)光是透明的。這 點(diǎn)在圖2.3(b)中清晰地顯 出來，當(dāng)耦合光關(guān)閉時(shí)，探測(cè)光被吸收成洛倫茲線型；當(dāng)耦合光打開時(shí)，透射譜線在失諧為 0 處出現(xiàn)明顯的透明窗

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本文編號(hào)：2795100