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

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【摘要】：近十年來,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逐漸受到科學(xué)家的關(guān)注。相比較普通的光場,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奇異點(diǎn),光場中心由于對稱相位的相干相消而形成一個暗心,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)測量都有著很高的應(yīng)用價(jià)值,這種渦旋光場可以應(yīng)用于對微小粒子的捕獲,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)換到高能量的可見光波段并利用可見光波段的靈敏探測器實(shí)現(xiàn)高效率的光子計(jì)數(shù)探測。在上轉(zhuǎn)換過程中,在合適的非線性晶體中,通過溫度的調(diào)諧,可以實(shí)現(xiàn)高效率的準(zhǔn)相位匹配,完成光子對的一對一的頻率轉(zhuǎn)換。在單光子非線性頻率上轉(zhuǎn)換過程中,信號光子保持其量子態(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光,在和頻過程中光子的角動量與動量、能量一樣是守恒的,軌道角動量量子數(shù)在整個非線性頻率轉(zhuǎn)換過程是保持不變的,對攜有軌道角動量光子進(jìn)行單光子頻率上轉(zhuǎn)換操作,將增加在這個非線性過程中的信息容量,對于非線性和頻而言又增加了另一個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的可見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程的從通信波長到可見光波長的渦旋光量子界面效率的優(yōu)化。紅外波段的信號光子波長為1558.0nm,并且載有不同的軌道角動量,通過優(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)換到可見光波段622.2 nm達(dá)到最大的轉(zhuǎn)換效率。本論文針對渦旋光的特性,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,主要對渦旋光上轉(zhuǎn)換過程中量子轉(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。本文在模擬過程中,針對三種不同的情況進(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,對泵浦光與信號光光束半徑比值大小,泵浦光光強(qiáng)的大小對單光子頻率上轉(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攜有軌道角動量的光子通過單光子頻率上轉(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O431.2

【參考文獻(xiàn)】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

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

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

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本文編號：1285755