單光子態(tài)在量子信息處理、量子通訊以及量子計算等領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣泛,因此其已經(jīng)成為量子光學(xué)領(lǐng)域最重要的研究對象之一。單光子可以由不同的介質(zhì)系統(tǒng)產(chǎn)生,比如NV色心、原子氣體、量子點、單原子及單分子等。但是無論是由何種源產(chǎn)生的單光子,都需要測量單光子態(tài)的品質(zhì),比如線寬,譜線明亮度,單光子純度,不可分辨率,態(tài)密度矩陣等。本文所研究的單光子態(tài)是在⁸⁵Rb冷原子系綜中通過四波混頻過程產(chǎn)生的宣布式單光子源。本文的研究重點是運用光子計數(shù)和光電流探測這兩種量子態(tài)表征技術(shù)分別測量單光子態(tài)的相干時間、不可分辨率、單光子純度以及數(shù)態(tài)密度矩陣。本文的內(nèi)容主要分為三個部分。第一部分詳細(xì)介紹了單光子源的研究背景及以⁸⁵Rb二維磁光阱冷原子系綜作為非線性介質(zhì)產(chǎn)生窄線寬（MHz量級）的宣布式單光子的物理機制;第二部分詳細(xì)論述了基于光電流探測的量子層析技術(shù)在窄線寬單光子的態(tài)表征中的應(yīng)用。此工作首次把量子層析技術(shù)應(yīng)用于通過電磁誘導(dǎo)透明（EIT）效應(yīng)調(diào)控的窄線寬單光子源的態(tài)表征中。從實驗測量的結(jié)果中重構(gòu)出了表征光子數(shù)態(tài)特征的準(zhǔn)概率分布函數(shù)——Wigner函數(shù)及其對應(yīng)的數(shù)態(tài)密度矩... 

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 單光子態(tài)的定義
    1.2 單光子源介紹
        1.2.1 確定性單光子源
        1.2.2 幾率性單光子源
        1.2.3 窄線寬宣布式單光子
    1.3 理想的單光子源
    1.4 光的探測手段
        1.4.1 光電流探測
        1.4.2 光子數(shù)探測
    1.5 章節(jié)內(nèi)容
第二章 光與原子相互作用理論模型
    2.1 原子系綜的理論模型
        2.1.1 二能級原子
        2.1.2 光學(xué)厚度
        2.1.3 三能級原子
        2.1.4 四能級原子—雙Λ結(jié)構(gòu)
    2.2 光場的量子理論
        2.2.1 光場的量子態(tài)
        2.2.2 量子關(guān)聯(lián)函數(shù)
        2.2.3 光的正交分量
        2.2.4 Wigner函數(shù)
第三章 磁光阱與單光子源實驗系統(tǒng)
    3.1 真空系統(tǒng)
    3.2 激光冷卻原理與磁光阱
        3.2.1 磁光阱原理
        3.2.2 光的頻率設(shè)置
        3.2.3 時序設(shè)置
        3.2.4 激光器鎖頻
    3.3 系統(tǒng)優(yōu)化
        3.3.1 光學(xué)厚度測量
        3.3.2 電磁誘導(dǎo)透明 (Electromagnetically-induced transparency, EIT)
        3.3.3 基于四波混頻產(chǎn)生的窄帶雙光子態(tài)
第四章 光量子層析對單光子態(tài)的全面表征
    4.1 背景介紹
    4.2 平衡零拍探測原理
    4.3 最大似然算法
    4.4 單光子光子數(shù)態(tài)的量子層析
    4.5 窄線寬單光子時域態(tài)的表征
        4.5.1 正交分量電流的自關(guān)聯(lián)矩陣與時域密度矩陣的關(guān)系
        4.5.2 時域密度矩陣測量實驗
    4.6 總結(jié)
第五章 光子計數(shù)方法對單光子時域態(tài)純度的表征
    5.1 單光子態(tài)的時域純度
    5.2 Hong-Ou-Mandel干涉
        5.2.1 HOM干涉基本原理
        5.2.2 窄線寬宣布式單光子的HOM干涉的量子關(guān)聯(lián)函數(shù)
    5.3 獨立單光子源HOM干涉的實驗設(shè)置
    5.4 實驗結(jié)果
    5.5 總結(jié)
第六章 總結(jié)和展望
參考文獻
攻博期間發(fā)表的科研成果目錄
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]Cold Atom Cloud with High Optical Depth Measured with Large Duty Cycle[J]. 張駿,顧振杰,錢鵬,韓枝光,陳潔菲.  Chinese Physics Letters. 2015 (06)



本文編號：3707107