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[2019年IEEE第八届先进光电子学与激光国际会议(CAOL) - 保加利亚索佐波尔(2019.9.6-2019.9.8)] 2019年IEEE第八届先进光电子学与激光国际会议(CAOL) - 谐振腔中光学活性介质吸收与再发射特性的空间不均匀性
摘要: 采用量子光学理论分析了由旋光气体填充的镜间空间吸收系数的空间非均匀性。理论研究表明,腔体(光学谐振器)内电磁场的量子化能够揭示旋光介质吸收或再发射能力的空间非均匀性。解析计算表明,这种非均匀性源于原子-光子碰撞过程中的多普勒频移(包括反冲效应)以及扫描信号非零的初始频率宽度。通过附加量子光学项对吸收系数进行的解析表征,为深入理解物质与光相互作用的内在过程提供了新视角。
关键词: 吸收系数,多体系统,非均匀性,量子光学
更新于2025-09-23 15:19:57
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XUV自由电子激光的鬼成像
摘要: 我们在此展示了一项在极紫外自由电子激光(FEL)上完成的经典鬼成像实验。为在FEL光源上进行此类实验,每个X射线脉冲都通过一个移动的漫射器传输,从而产生非相关的散斑光束。随后通过引入透射光栅形式的波束分束器,将该光束分成两个完全相同的分支。其中一个分支放置了样品。我们证明了在从未与样品发生相互作用的光束中形成图像(本例中为双条图案)的可能性。通过这项实验,我们将量子光学方法推广到了FEL研究领域。
关键词: XUV自由电子激光、散斑图案、量子光学、鬼成像、透射光栅
更新于2025-09-23 15:19:57
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光子添加的纠缠Barut-Girardello相干态:非经典性与产生
摘要: 在先前研究光子加入双模纠缠量子态的论文基础上,我们提出了一种通过向双模EBGCSs施加光子产生算符来建立和生成"光子添加纠缠Barut-Girardello相干态"(PAEBGCSs)的方案。该EBGCSs由Hach等人(JOSA B 35:2433, 2018)引入,作为与简谐振子相关并通过马赫-曾德尔干涉仪生成的新型量子态,我们详细分析了其纠缠动力学。此外,EBGCSs具有强非经典特性;为深入理解光子添加对其的有效性并与已讨论的光子添加纠缠Klauder-Perelomov相干态进行比较,我们对光子统计、压缩和光子数分布等非经典特性进行了综合分析。我们还推导了用于量化这些态纠缠程度的并发度量,并寻找能判断其是否达到最大纠缠的条件。研究表明光子添加对非经典效应具有重要作用,该操作可增强PAEBGCSs的纠缠度——例如通过向EBGCSs添加光子可实现抗量子偏振的纠缠保持。最后,我们建立了在腔量子电动力学框架内生成PAEBGCSs的实验方案。
关键词: 非经典性、量子光学、光子添加纠缠Barut-Girardello相干态、产生、量子信息
更新于2025-09-23 15:19:57
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利用量子线的磁光特性设计光学放大器的基础:形式体系
摘要: 量子线在低维半导体纳米结构中占据独特地位,没有其他体系能像它这样拥有如此多吸引研究者的特性。本文聚焦于一个核心问题:研究处于对称规范下纵向电场与垂直磁场中、并由简谐约束势表征的量子线磁等离子体激元激发。尽管问题具有实质性复杂性,我们通过阶梯算符方案(该方案本质刻画了量子系统)获得了本征函数和本征能量的精确解析表达式。本研究的关键在于一种子带间集体激发——当磁场超过阈值时会演化为磁振子-旋子(magnetoroton),这种激发在极大子(maxon)与旋子之间呈现负群速度。负群速度的证据表明增益介质中存在反常色散(这种介质具有形成激光器激射作用基础的粒子数反转)。由此展开的技术路径是:利用磁振子-旋子特性开发纳米级新型光学放大器器件,从而为新一代激光器铺平道路。
关键词: 磁振子极化激元、量子线、磁极化激元、光放大器、纳米激光器、量子光学
更新于2025-09-22 17:10:44
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掺铒光纤放大器发射的经典关联放大自发辐射光子鬼光谱学
摘要: 我们展示了掺铒光纤放大器(EDFA)在1530纳米波段附近发射的经典宽带放大自发辐射(ASE)光子的波长-波长相关性。随后将这些经典关联光子应用于1533纳米波长的实际鬼光谱实验中,对乙炔(C2H2)进行检测,成功复现了C-H伸缩振动和转动谱带的特征吸收特性。这项原理验证实验证实了ASE光源概念的普适性,为经典鬼光谱提供了一种具有吸引力的光源方案。预计通过利用经典关联光子,该技术将推动鬼成像模式方案在化学、物理及工程领域的进一步应用推广。
关键词: 光谱相关性、量子光学、相干性、关联光子、掺铒光纤放大器、光子关联模式、鬼成像、放大自发辐射(ASE)、光谱学、鬼光谱、鬼模式
更新于2025-09-22 18:29:46
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波导电路量子电动力学中暗态瞬态动力学的半经典分析
摘要: 过去二十年间,超导量子比特与一维微波传输线的相互作用已得到实验和理论研究。本工作探究了一个初始处于激发态的人造原子(通过电容耦合连接至一端短路的半无限长传输线)的自发辐射现象。该构型可视为镜面前的原子系统——原子与镜面之间的距离会引入时间延迟效应,我们对此进行了完整考量。当延迟时间等于原子振荡周期的整数倍时,原子在经历初始衰减阶段后会进入暗态。这种暗态源于反射场分量与原子直接发射分量之间的相消干涉?;诘缏妨孔踊椒ǎ颐峭频汲鱿低车南咝曰硕匠?,并据此开展瞬态动力学的半经典分析。同时严格建立了与量子光学系统-库方法的理论关联,对比了两种描述动力学过程的方法。研究发现:对于特征阻抗较低的传输线,两种方法等效;但当传输线阻抗高于超导人造原子的典型阻抗时,二者会出现差异。
关键词: 量子光学、电路量子化、自发辐射、暗态、超导量子比特、微波传输线
更新于2025-09-19 17:13:59
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耦合光力系统中的双程机械冷却
摘要: 我们研究一个三模光力系统,其中两个腔模式与一个共同的机械振子耦合。聚焦于分辨边带极限条件,通过阐明系统关键参数与振子瞬时态平均声子数的关系,揭示了光学耦合在两个腔模式间建立的关联性对冷却过程具有重要影响。数值求解结果表明:当两个腔具有相同有效光力耦合时,腔间耦合会降低冷却效果;而当有效光力耦合存在差异时,通过选择合适的腔间耦合范围可显著提升冷却效果。
关键词: 基态冷却、光力系统、量子光学
更新于2025-09-19 17:13:59
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混沌激光的精确光子关联测量
摘要: 采用汉伯里-布朗-特维斯干涉仪精确测量了混沌光反馈半导体激光器的二阶光子关联函数g(2)(τ)。通过九阶自卷积修正从光子对时间间隔分布中实验获取了非零延迟时间的精确g(2)(τ)值,其实验结果与理论分析高度吻合。在50纳秒延迟时间内,g(2)(τ)的相对误差不超过5‰。该精确光子关联技术实现了混沌激光器聚束效应与相干时间的测量,为提升g(2)(τ)测量精度及推动量子统计与关联应用提供了新工具。
关键词: 光学反馈、混沌、量子光学、光子关联、光子统计、半导体激光器
更新于2025-09-16 10:30:52
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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) - 包含时间抖动效应的单光子探测器操作描述
摘要: 离散变量量子光学作为量子技术最具前景的平台之一,其实验室外应用成果正日益增多[1]。为开发能与未来工程系统兼容的竞争性量子光子系统,光源与探测器件领域取得了重大进展[2]。当前实验操作速率成为关键制约因素——虽然时域复用技术原则上可实现GHz量级的光子源泵浦[3],但探测环节的计时误差严重限制了超高速运行。有限的分辨率会直接影响时间关联单光子计数或量子态操控的质量[3],特别是单光子探测器的时间抖动会导致特定光时钟周期内的计数与相邻周期计数无法区分[2]。量子隐形传态[1]、量子态工程[3]和量子随机数生成等操作都要求快速精准的时间标记。为推动技术进步并促进现有量子通信协议的新概念发展,准确描述探测器计时性能的影响至关重要。 本研究通过原创理论模型专门解决探测时域不确定性问题,该模型能描述不具备光子数分辨能力的标准单光子探测器[2]在显著计时抖动和死区时间[4]影响下的时域行为。针对不具备光子数分辨能力的常规ON/OFF探测器[2],我们采用正算子值测量(POVM)形式体系[5]。该方法已成功用于描述具备光子数分辨能力的探测器,并实验验证了未知单光子探测器的特性[6]。我们的模型利用多模形式体系描述时域自由度,通过完全可操作的POVM描述完整呈现ON/OFF探测器的时间分辨效应,在考虑死区时间和有限探测效率影响的同时,不对入射光子数作任何先验限制。 我们将成果应用于直接光子探测、符合测量和预示量子态制备等典型量子光学实验中计时抖动效应的定量研究。例如在时间关联实验中,针对孪生光子源模型可显式表达延迟概率密度函数;该全量子方法还能通过考虑预示探测器的缺陷,推导出预示单光子生成实验[3]所得单光子态的密度矩阵。本研究通过建立存在显著计时抖动和死区时间的实际探测环节的完整可操作POVM描述,填补了实用量子技术讨论中的空白。尽管主要采用单/双光子入射的简化案例,但该形式体系能描述通用实验场景,这些特性对理解超高速量子通信中的计时抖动效应(特别是当探测器抖动与重复周期不可忽略时)具有重要价值。
关键词: 时序抖动、量子通信、POVM(正算子值测度)、量子光学、单光子探测器
更新于2025-09-16 10:30:52
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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) - PT对称波导系统中的光子关联
摘要: 自1998年Bender与Boettcher首次提出以来,宇称-时间(PT)对称系统得到了深入研究[1]。尤其在光子学领域,大量PT对称效应与系统被探究[2]。然而这些实验均采用经典光或单光子。本文首次报道了损耗定向耦合器中双光子干涉现象及其关联的Hong-Ou-Mandel(HOM)凹陷的观测结果。在光学中,通过设定折射率对称实部与反对称虚部(增益/损耗)可实现PT对称势[3]。值得注意的是,量子光学领域的特性排除了增益手段的应用[4],因此我们采用全无源系统:通过选择合适的损耗分布,可将系统行为分解为全局损耗因子与目标非厄米动力学[5]。基于此,我们研究的对象是图1A所示的无源PT对称耦合器——两波导在z距离内相互作用。波导轨迹的快速微观起伏可引入有效恒定的马尔可夫损耗,从而形成目标复折射率分布(B)。图1.(A)耦合波导中快速起伏引入弯曲损耗;(B)有效复折射率分布;(C)耦合器内双光子符合计数随传播长度的变化。与厄米情形不同,PT对称性会系统性地将凹陷极小值推向更短传播长度(红色虚线标示)。实验中(D)分别测得厄米与PT对称耦合器的对应数据:厄米情形下凹陷可见度达87±2%,极小值位于3 cm处;PT情形下可见度为90±4%,极小值前移至2.75 cm。我们采用Lindblad形式的量子主方程理论描述损耗定向耦合器中的光传播,该严格方法基于李代数处理给出密度矩阵本征分解,可获取系统完整量子态信息。解析解适用于未破缺PT对称情形(损耗不超过耦合强度两倍)。图1C展示了|1,1>输入态的符合函数:厄米情形中HOM凹陷精确出现在耦合长度半程处;而PT对称系统中干涉极小值提前出现(虚线标示)。实验采用具有相同耦合强度但不同传播长度的无源PT对称耦合器组进行z位置采样,并以常规厄米耦合器组作为基线参照。测量使用I型自发参量下转换产生的不可区分光子对,样品输出端的符合计数由雪崩光电探测器记录。理论与实验结果表明:相比厄米情形,PT对称系统中的非对称损耗分布能系统性加速量子干涉动力学过程。
关键词: PT对称系统、双光子干涉、量子光学、非厄米动力学、Hong-Ou-Mandel干涉凹陷
更新于2025-09-12 10:27:22