本文關(guān)鍵詞：基于單光子頻率上轉(zhuǎn)換的軌道角動(dòng)量的量子界面的效率優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 單光子 軌道角動(dòng)量 量子轉(zhuǎn)換效率 頻率上轉(zhuǎn)換 非線性光學(xué)

【摘要】：近十年來(lái),由于其特殊的相位結(jié)構(gòu),渦旋光這種具有螺旋相位波前的特殊相位的一種光場(chǎng)逐漸受到科學(xué)家的關(guān)注。相比較普通的光場(chǎng),其相位沿著光束傳播的方向是線性旋轉(zhuǎn)的,由于相位在光束的中心是一個(gè)奇異點(diǎn),光場(chǎng)中心由于對(duì)稱相位的相干相消而形成一個(gè)暗心,從而使得光強(qiáng)在空間上呈現(xiàn)圓環(huán)形的分布,中心的光場(chǎng)強(qiáng)度趨近于零,這種中空的光束在分子生物學(xué)、原子光學(xué)、高精度的光學(xué)測(cè)量都有著很高的應(yīng)用價(jià)值,這種渦旋光場(chǎng)可以應(yīng)用于對(duì)微小粒子的捕獲,尤其可以用于捕獲折射率較高的粒子,比如在生物學(xué)可以將其用于對(duì)細(xì)胞的控制。眾所周知,光是一種很好的信息載體,光不僅有偏振自由度,還有位置,動(dòng)量自由度,除了這些自由度以外還有由相位的變化引起的軌道角動(dòng)量自由度,在相位空間也是具有量子化特征,可以將其用于高速高容量的量子通信。因此,這樣一種含有特殊的螺旋相位波前的光學(xué)渦旋在量子信息傳輸中有很大的應(yīng)用價(jià)值。在單光子頻率上轉(zhuǎn)換探測(cè)技術(shù)中,低能量的近紅外波段的光子可以被轉(zhuǎn)換到高能量的可見(jiàn)光波段并利用可見(jiàn)光波段的靈敏探測(cè)器實(shí)現(xiàn)高效率的光子計(jì)數(shù)探測(cè)。在上轉(zhuǎn)換過(guò)程中,在合適的非線性晶體中,通過(guò)溫度的調(diào)諧,可以實(shí)現(xiàn)高效率的準(zhǔn)相位匹配,完成光子對(duì)的一對(duì)一的頻率轉(zhuǎn)換。在單光子非線性頻率上轉(zhuǎn)換過(guò)程中,信號(hào)光子保持其量子態(tài)的性質(zhì),不發(fā)生改變。單光子頻率上轉(zhuǎn)換中采用渦旋光作為信號(hào)光,在和頻過(guò)程中光子的角動(dòng)量與動(dòng)量、能量一樣是守恒的,軌道角動(dòng)量量子數(shù)在整個(gè)非線性頻率轉(zhuǎn)換過(guò)程是保持不變的,對(duì)攜有軌道角動(dòng)量光子進(jìn)行單光子頻率上轉(zhuǎn)換操作,將增加在這個(gè)非線性過(guò)程中的信息容量,對(duì)于非線性和頻而言又增加了另一個(gè)更為廣闊的探索空間,也讓非線性頻率上轉(zhuǎn)換能應(yīng)用在如生物醫(yī)學(xué),光學(xué)控制等更多的自然科學(xué)領(lǐng)域。隨著光子軌道角動(dòng)量在量子通信等諸多領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用,可將攜有軌道角動(dòng)量的光子從光通信中用于傳輸波段轉(zhuǎn)換到到用于量子信息存儲(chǔ)的可見(jiàn)波段的量子界面正在受到廣泛關(guān)注。本論文模擬了基于和頻過(guò)程的從通信波長(zhǎng)到可見(jiàn)光波長(zhǎng)的渦旋光量子界面效率的優(yōu)化。紅外波段的信號(hào)光子波長(zhǎng)為1558.0nm,并且載有不同的軌道角動(dòng)量,通過(guò)優(yōu)化調(diào)整1035.9 nm的泵浦光束束腰半徑和束浦強(qiáng)度,可使轉(zhuǎn)換到可見(jiàn)光波段622.2 nm達(dá)到最大的轉(zhuǎn)換效率。本論文針對(duì)渦旋光的特性,在基于單光子頻率上轉(zhuǎn)換的渦旋光量子界面應(yīng)用做了理論分析和模擬,主要對(duì)渦旋光上轉(zhuǎn)換過(guò)程中量子轉(zhuǎn)換效率與泵浦光光強(qiáng)以及束腰半徑大小關(guān)系上進(jìn)行了探索研究。本文在模擬過(guò)程中,針對(duì)三種不同的情況進(jìn)行了比較討論,在空間高斯光頻率上轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上,引進(jìn)渦旋光,對(duì)泵浦光與信號(hào)光光束半徑比值大小,泵浦光光強(qiáng)的大小對(duì)單光子頻率上轉(zhuǎn)換的量子轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系進(jìn)行數(shù)值模擬。本論文的研究將有助于完善針對(duì)攜有軌道角動(dòng)量的光子通過(guò)單光子頻率上轉(zhuǎn)換構(gòu)建的量子界面。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O431.2

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 周志遠(yuǎn);軌道角動(dòng)量光的頻率變換及在量子信息中的應(yīng)用[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

2 潘海峰;單光子頻率上轉(zhuǎn)換探測(cè)及其量子特性研究[D];華東師范大學(xué);2008年

，

本文編號(hào)：1285755