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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 正弦锥形光纤中的定制自发四波混频

DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8872360 出版年份：2019 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 准相位匹配周期性锥形波导（PTWs）通过合理组合锥形周期与调制振幅，可实现高效按需的三阶参量相互作用。与周期性极化铁电晶体类似，这项新技术消除了传统方法对相互作用光子频率、模式分布及偏振态的严苛限制。PTWs的典型实例是正弦锥形光纤，已应用于超连续谱生成与调制不稳定性的调控。本研究建立了严格的量子模型来探究此类锥形波导中的自发四波混频（SFWM）现象。图1(a)展示了相同周期数M的光纤中，调制振幅?d与锥形周期ΛT的最佳组合如何提升目标波长处的预期光子数N?s（以?d=0为基准进行归一化，量化PTW技术相比均匀光纤的光子对增强效果）。当仅M=50时，N?s即实现35dB的显著提升。如图1(b)所示，光子对输出光谱呈现窄带sinc函数特性，且随着周期数增加，微弱旁瓣显著衰减。图1(c)展示了光子对波长(λs, λi)的二维光谱分布（假设泵浦光为满足能量守恒的单色光）。针对输入能量1nJ、半高全宽4ps的高斯脉冲泵浦源，图1(d)分析显示对应N?s值（经施密特分解计算光谱纯度达0.74），证明PTW技术无需带通滤波器即可在任意按需频率产生高效相对纯净的单光子。本研究还为优化锥形图案以定制三阶非线性导波结构中输出光子光谱特性开辟了新方向。
作者： Mohammed F. Saleh
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研究概述 实验方案

研究目的

利用严格的量子模型研究正弦锥形光纤中自发四波混频对光子对产生的增强效应。

研究成果

PTW技术显著提升了正弦渐变光纤中的光子对生成效率，在M=50时观测到35dB的增强效果。输出光谱呈现窄带sinc函数特征且旁瓣微弱，光谱纯度达0.74。该技术无需带通滤波器即可高效制备特定频率的相对纯净单光子，为优化三阶非线性导波结构中的锥形模式开辟了新研究方向。

研究不足

该研究为理论性研究且基于模拟，可能无法完全反映正弦渐变光纤在实际应用中的所有实施细节。0.74的光谱纯度表明在实现更高纯度水平方面仍有改进空间。

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