本文關鍵詞：光的幾種量子特性的研究及應用

  更多相關文章： 量子光學 糾纏光子態(tài) 光子的角動量 光自旋霍爾效應 單量子表面等離激元 壓縮態(tài)

【摘要】：本文將主要研究光的幾種量子特性,包括光子的糾纏特性、光子的角動量相關應用、單量子表面等離激元態(tài)的相關特性。糾纏光子態(tài)的研究基于具有集成特征的鈮酸鋰波導物系進行,通過疇結構設計給出波導模式的非最大糾纏態(tài)及類型可調的偏振糾纏態(tài)的產生方案。關于光子的角動量,我們首先討論了攜帶軌道角動量的雙光子NOON態(tài)的產生及應用價值,然后我們研究了基于自旋—軌道角動量耦合的類內稟光自旋霍爾效應現象。最后一部分我們考慮表面等離激元的量子特性,研究了表面等離激元糾纏態(tài)及壓縮態(tài)。具體可分為以下四部分：1.電光可調的糾纏光子態(tài)的產生我們首先討論鈮酸鋰物系中電光效應的量子化,從理論上揭示了在量子層面上其相當于一個雙光子相互作用的過程。鈮酸鋰可用于制備高質量的波導,是構建集成量子光路的理想系統；同時可對其進行疇結構設計,靈活地控制其中的參量下轉換以及電光相互作用過程,從而可以有效地產生并調控糾纏光子態(tài)�；谠撐锵滴覀冞M行了兩個工作。首先,我們提出了基于波導模式的雙光子非最大糾纏態(tài)的產生方案。對鈮酸鋰波導的疇結構進行功能性分區(qū)設計,將其分為兩個區(qū)域：第一段利用電光效應,可通過控制所加電壓的值來調節(jié)產生的糾纏態(tài)的糾纏度；第二段,通過光子相互作用分別產生糾纏光子態(tài)的兩個本征矢。然后,在第二項工作中我們對于鈮酸鋰波導設計了大周期套小周期的疇結構,可基于此實現電光可調的偏振糾纏態(tài)的產生。沒有外加電壓時可產生Type-Ⅱ偏振糾纏光子態(tài),施加適當電壓時則產生Type-Ⅰ偏振糾纏光子態(tài)。2.攜帶角動量的雙光子NOON態(tài)的產生我們討論了將光子的角動量引入特殊糾纏態(tài)——NOON態(tài)�？苫诰哂小安嫘喂鈻拧睜顦O化圖案的鈮酸鋰晶體實現攜帶角動量的雙光子NOON態(tài)的產生。此系統中的自發(fā)參量下轉換過程可利用非線性惠更斯—菲涅爾原理進行解釋,由此亦可求得攜帶角動量的雙光子NOON態(tài)的本征矢數學形式。此外,我們討論了基于角動量補償器、HOM干涉儀等元件檢測該態(tài)相干性的方法。這種特殊的NOON態(tài)在角位移測量、遙感等應用中可較容易地獲得相當于光子數為數十的傳統NOON態(tài)的效果(目前基于光子數的NOON態(tài)很難將N提升到10以上),因而有很大的實用價值。3.基于自旋—軌道角動量耦合的類內稟光自旋霍爾效應我們考慮了近來研究熱點之一的光自旋霍爾效應�；诒狙芯拷M特色的液晶螺旋結構系統,探究了其中自旋—軌道角動量耦合過程提供的等效磁場作用于贗自旋所導致的類內稟自旋霍爾效應。我們利用基于DMD設備的光取向方法制備了具有不同螺旋結構的液晶波片,并實驗演示了其自旋霍爾效應分裂圖案。理論模擬給出了與實驗一致的結果。通過合理地控制液晶指向矢的橫向分布,可對自旋—軌道耦合過程進行有效地調節(jié),從而得到任意的自旋霍爾效應分裂圖案。4.表面等離激元的量子特性我們研究了一種特殊界面電磁模式——表面等離激元(SPP)的量子特性,重點討論了表面等離激元的糾纏態(tài)及壓縮態(tài)。我們基于"survival"系統,揭示了SPP糾纏對承自入射光子態(tài)的糾纏特性,研究了其光譜性質并將其應用于能量—時間糾纏。后一部分我們討論了SPP單量子之間的非線性相互作用,研究了通過SPP的參量下轉換直接產生SPP壓縮態(tài)的過程,并在混合型表面等離子波導中實際計算了壓縮結果。我們所得的結果表明基于表面等離激元的量子系統是實現量子線路集成化的一個極具潛力的平臺。
【關鍵詞】：量子光學 糾纏光子態(tài) 光子的角動量 光自旋霍爾效應 單量子表面等離激元 壓縮態(tài)
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O431.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 從波粒二象性到光量子11-14
• 1.2 量子光學14-16
• 參考文獻16-18
• 第二章 電光可調的糾纏光子態(tài)的產生18-53
• 2.1 自發(fā)參量下轉換與糾纏光子態(tài)19-26
• 2.1.1 自發(fā)參量下轉換19-21
• 2.1.2 電磁場的量子化21-22
• 2.1.3 糾纏光子態(tài)22-25
• 2.1.4 符合光子計數25-26
• 2.2 電光效應及其量子化26-30
• 2.2.1 電光效應26-27
• 2.2.2 電光致偏振旋轉27-28
• 2.2.3 電光效應的量子化28-30
• 2.3 電光可控的非最大糾纏光子態(tài)的產生30-37
• 2.3.1 可設計疇結構的鈮酸鋰波導30-32
• 2.3.2 電光可控的非最大糾纏光子態(tài)32-36
• 2.3.3 非最大糾纏態(tài)的共生糾纏度36-37
• 2.4 電控開關式偏振糾纏光子態(tài)的產生37-46
• 2.4.1 產生電控開關式偏振糾纏光子態(tài)的設計方案37-41
• 2.4.2 電控開關式偏振糾纏光子對的態(tài)矢量41-44
• 2.4.3 電控開關式偏振糾纏光子態(tài)的性質44-46
• 2.5 本章小結46-48
• 參考文獻48-53
• 第三章 攜帶角動量的NOON態(tài)的產生53-73
• 3.1 光子的角動量53-58
• 3.2 NOON態(tài)58-61
• 3.3 攜帶角動量的雙光子NOON態(tài)61-68
• 3.4 本章小結68-69
• 參考文獻69-73
• 第四章 基于液晶螺旋結構中的光與物質相互作用的類內稟自旋霍爾效應73-90
• 4.1 經典霍爾效應73-74
• 4.2 自旋霍爾效應74-75
• 4.3 光的自旋霍爾效應75-77
• 4.4 基于液晶螺旋結構中的光與物質相互作用的類內稟自旋霍爾效應77-86
• 4.5 本章小結86-87
• 參考文獻87-90
• 第五章 表面等離激元糾纏態(tài)及壓縮態(tài)90-124
• 5.1 表面等離激元及其一階相干90-98
• 5.1.1 表面等離激元90-92
• 5.1.2 表面等離激元的激發(fā)92-93
• 5.1.3 表面等離激元的一階相干性93-96
• 5.1.4 含有傾斜金屬波導結構的SPP馬赫—增德爾干涉儀96-98
• 5.2 表面等離激元的量子化98-99
• 5.3 表面等離激元糾纏態(tài)99-104
• 5.3.1 表面等離激元糾纏態(tài)及其數學形式100-101
• 5.3.2 表面等離激元糾纏態(tài)的相關性質101-104
• 5.4 表面等離激元非線性光學104-106
• 5.5 基于表面等離激元非線性相互作用的SPP壓縮態(tài)106-119
• 5.5.1 壓縮態(tài)106-107
• 5.5.2 通過參量下轉換產生SPP壓縮態(tài)107-115
• 5.5.3 基于混合型表面等離子波導的壓縮結果115-119
• 5.6 本章小結119-120
• 參考文獻120-124
• 第六章 總結124-126
• 攻讀博士學位期間已發(fā)表及待發(fā)表的論文126-129
• 致謝129-130

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前1條

1 王振林;;表面等離激元研究新進展[J];物理學進展;2009年03期

中國博士學位論文全文數據庫 前1條

1 劉云;紅外單光子探測器的研制[D];中國科學技術大學;2007年

中國碩士學位論文全文數據庫 前1條

1 趙金平;單光子計數系統的研究[D];長春工業(yè)大學;2013年

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本文編號：675865