發(fā)布時間：2017-08-15 02:28

  本文關(guān)鍵詞：光的幾種量子特性的研究及應用

  更多相關(guān)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(guān)應用、單量子表面等離激元態(tài)的相關(guān)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(jié)構(gòu)設計給出波導模式的非最大糾纏態(tài)及類型可調(diào)的偏振糾纏態(tài)的產(chǎn)生方案。關(guān)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(chǎn)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(nèi)稟光自旋霍爾效應現(xiàn)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(diào)的糾纏光子態(tài)的產(chǎn)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(zhì)量的波導,是構(gòu)建集成量子光路的理想系統(tǒng)；同時可對其進行疇結(jié)構(gòu)設計,靈活地控制其中的參量下轉(zhuǎn)換以及電光相互作用過程,從而可以有效地產(chǎn)生并調(diào)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(chǎn)生方案。對鈮酸鋰波導的疇結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)產(chǎn)生的糾纏態(tài)的糾纏度；第二段,通過光子相互作用分別產(chǎn)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(jié)構(gòu),可基于此實現(xiàn)電光可調(diào)的偏振糾纏態(tài)的產(chǎn)生。沒有外加電壓時可產(chǎn)生Type-Ⅱ偏振糾纏光子態(tài),施加適當電壓時則產(chǎn)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(chǎn)生我們討論了將光子的角動量引入特殊糾纏態(tài)——NOON態(tài)。可基于具有“叉形光柵”狀極化圖案的鈮酸鋰晶體實現(xiàn)攜帶角動量的雙光子NOON態(tài)的產(chǎn)生。此系統(tǒng)中的自發(fā)參量下轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)為數(shù)十的傳統(tǒng)NOON態(tài)的效果(目前基于光子數(shù)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(nèi)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。基于本研究組特色的液晶螺旋結(jié)構(gòu)系統(tǒng),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(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)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(diào)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(tǒng),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(zhì)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(zhuǎn)換直接產(chǎn)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(jié)果。我們所得的結(jié)果表明基于表面等離激元的量子系統(tǒng)是實現(xiàn)量子線路集成化的一個極具潛力的平臺。
【關(guān)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(diào)的糾纏光子態(tài)的產(chǎn)生18-53
• 2.1 自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換與糾纏光子態(tài)19-26
• 2.1.1 自發(fā)參量下轉(zhuǎn)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(shù)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(zhuǎn)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(chǎn)生30-37
• 2.3.1 可設計疇結(jié)構(gòu)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(guān)式偏振糾纏光子態(tài)的產(chǎn)生37-46
• 2.4.1 產(chǎn)生電控開關(guān)式偏振糾纏光子態(tài)的設計方案37-41
• 2.4.2 電控開關(guān)式偏振糾纏光子對的態(tài)矢量41-44
• 2.4.3 電控開關(guān)式偏振糾纏光子態(tài)的性質(zhì)44-46
• 2.5 本章小結(jié)46-48
• 參考文獻48-53
• 第三章 攜帶角動量的NOON態(tài)的產(chǎn)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(jié)68-69
• 參考文獻69-73
• 第四章 基于液晶螺旋結(jié)構(gòu)中的光與物質(zhì)相互作用的類內(nèi)稟自旋霍爾效應73-90
• 4.1 經(jīng)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(jié)構(gòu)中的光與物質(zhì)相互作用的類內(nèi)稟自旋霍爾效應77-86
• 4.5 本章小結(jié)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(jié)構(gòu)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(shù)學形式100-101
• 5.3.2 表面等離激元糾纏態(tài)的相關(guān)性質(zhì)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(zhuǎn)換產(chǎn)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(jié)果115-119
• 5.6 本章小結(jié)119-120
• 參考文獻120-124
• 第六章 總結(jié)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)大學;2007年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 趙金平;單光子計數(shù)系統(tǒng)的研究[D];長春工業(yè)大學;2013年

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本文編號：675865