[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 2019.6.23-2019.6.27] 2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 可控光子对光谱关联

摘要： 光子对态（无论具有光谱关联还是可分离）在量子技术应用中都极具价值。例如，前者用于提升量子密钥分发的安全性，后者则是符合计数单光子源的核心基础。研究表明，联合光谱振幅函数（JSA）的形态能准确描述光谱关联程度，该函数主要取决于泵浦光、信号光与闲频光在源介质中的相对群速度关系[1]。本文报道了一种可将光子对态从可分离调控至光谱纠缠的源装置，该装置基于充气质子气体空芯光子晶体光纤（HCPCF）中的四波混频非线性效应。其具备三大特性：(1) 采用惰性气体并确保与空芯内二氧化硅极小重叠，实现无拉曼散射产生[2]；(2) 高效非线性介质；(3) 通过光纤微结构设计与气压调控实现相位匹配条件的高度灵活性。实验采用充氙气的抑制耦合型HCPCF（图1a），工作波长适配符合计数单光子源需求——闲频位于通信波段（~1545 nm），信号波长处于原子跃迁与硅基单光子探测器适用范围（~778 nm）。更关键的是，该介质的多波段色散特性（图1b）可定制任意紫外至红外波段的相位/群速度关系[3]。我们通过实验实现了对光子光谱关联的主动调控，可在同一装置中获取光谱纠缠态与可分离态（图1c示例）。具体而言，通过调节气压、泵浦光谱半高宽、光谱啁啾及泵浦包络等参数，测得了包括特殊构型在内的多种联合光谱强度分布（JSI）。这种多功能光子对源既能满足可分离态（符合计数单光子）应用需求，也可产生关联态（光谱纠缠），为时空模式编码研究奠定基础[4]。此外，该光子对态的产生频率范围实现了前所未有的数十THz可调谐性。我们将展示完整的理论与实验结果，论证该平台产生可控光谱特性光子对的完备能力。