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高阶色散对四波混频产生光子对的影响
摘要： 我们展示了揭示高阶色散对量子应用中四波混频影响的分析结果。我们推导出色散四波混频过程中输入与输出模式间的基本关系，并将该理论应用于光子对生成。通过分析具体的四波混频构型案例发现：某些情况下色散会严重影响光谱关联，而另一些情况则几乎不受影响。针对所研究的案例，我们推导出色散消除的解析条件，从而获得高度可分离的双光子态。
关键词： 光谱相关性、高阶色散、光子对产生、量子应用、四波混频、色散抵消
更新于2025-09-22 15:00:22
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[2019年IEEE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) - 二次非线性波导谐振腔中的频率复用单共振光子对
摘要： 频率复用光子对生成技术因其在高效大规模光量子信息处理中的潜力而备受关注[1-3]。现有研究通过远低于阈值运行的光学参量振荡器(OPO)实现光子对生成——将非线性光学介质置于光学腔内或与之集成，并采用足够弱的泵浦光进行光子对产生。但据我们所知，所有先前的频率复用光子对生成方案均采用双共振OPO（同时约束信号光与闲频光）或三共振OPO（额外约束泵浦光）。本研究首次展示基于单共振(SR)OPO构型的频率复用光子对生成方案，该构型仅约束光子对的一半成分。我们采用周期性极化铌酸锂(PPLN)波导作为单片集成二次非线性波导谐振腔，在波导端面直接制备介质多层膜结构，使得仅约1600nm的信号光被约束在谐振腔内，而约1522nm的闲频光与780nm泵浦光保持非约束状态。值得注意的是，在这种单共振构型的光子对中，尽管闲频光未采用腔体结构，但其光谱仍呈现类梳状分布（与信号光相似），仿佛二者均被腔体约束。此外，该方案未出现多共振OPO构型中常见的群聚效应[4,5]所导致的频谱缺齿现象，从而实现了宽带频率复用光子对生成。该光子对发生器可结合频域光学元件[6-9]，为高效光量子信息处理与频域光子操控提供重要技术支撑。
关键词： 单共振光学参量振荡器、周期性极化铌酸锂波导、光子对产生、量子信息处理、频率复用
更新于2025-09-16 10:30:52
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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
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。
关键词： 光谱纯度、准相位匹配、自发四波混频、周期性锥形波导、光子对产生
更新于2025-09-16 10:30:52