非簡并光學(xué)參量振蕩器輸出場量子糾纏特性的理論與實驗研究.pdf

1、量子糾纏是量子力學(xué)最重要的精華內(nèi)容之一，應(yīng)用量子糾纏人們可以完成經(jīng)典物理所不能完成的工作。近年來人們利用量子糾纏完成了量子離物傳態(tài)、量子密集編碼、量子密鑰分發(fā)、量子糾纏交換等量子信息領(lǐng)域的重要實驗，利用糾纏進(jìn)行量子計算也成為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的前沿課題。設(shè)計和實驗實現(xiàn)有實際應(yīng)用潛力的糾纏源，不僅對基礎(chǔ)研究有重要意義，而且有很強(qiáng)的應(yīng)用需求。
　　存在于光場的具有連續(xù)譜的正交分量之間的糾纏，即通常所說的連續(xù)變量糾纏，是量子糾纏研究的一個主要

2、方向。連續(xù)變量糾纏可以利用單模壓縮態(tài)在分束器上耦合實現(xiàn)，也可由一個Ⅱ類匹配非線性晶體組成的非簡并光學(xué)參量放大器(NOPA)直接產(chǎn)生。運(yùn)轉(zhuǎn)于閾值以下的光學(xué)參量放大器當(dāng)沒有信號光注入時，可以產(chǎn)生真空壓縮態(tài)，有信號光注入時可以產(chǎn)生明亮壓縮態(tài)，但閾值以下NOPA產(chǎn)生的光場的功率最高只有幾十微瓦，不利于長距離傳輸和探測。運(yùn)轉(zhuǎn)于閾值以上的非簡并光學(xué)參量振蕩器(NOPO)可以很容易產(chǎn)生幾毫瓦、幾十毫瓦、甚至更高功率的糾纏光束。運(yùn)轉(zhuǎn)于閾值以上的NOPO

3、產(chǎn)生的下轉(zhuǎn)換光束的頻率非簡并，在測量信號光和閑置光之間的位相關(guān)聯(lián)時，由于缺乏相應(yīng)的本地光而成為一個技術(shù)難點。本文利用一對由光纖構(gòu)建的非平衡Mach-Zehder干涉儀，測量了高強(qiáng)度糾纏光場的噪聲關(guān)聯(lián)譜，實驗研究了量子關(guān)聯(lián)度與噪聲頻率之間的依賴關(guān)系，驗證了閾值以上NOPO輸出光場的量子糾纏特性。主要內(nèi)容如下:
　　1.介紹兩類測量運(yùn)轉(zhuǎn)于閾值以上的NOPO產(chǎn)生的糾纏光束的量子關(guān)聯(lián)特性的實驗方法:一類是利用平衡零拍探測，包括在NOPO腔

4、插入四分之一波片使下轉(zhuǎn)換光頻率簡并和利用聲光調(diào)制器產(chǎn)生與下轉(zhuǎn)換光頻率相同的本地光;另一類是利用自零拍測量，包括掃描單端FP腔和非平衡Mach-Zehnder(M-Z)干涉儀。
　　2.利用半經(jīng)典理論分析閾值以上的NOPO輸出場的經(jīng)典和量子特性。分析表明，輸出場的強(qiáng)度差噪聲與泵浦場位相噪聲沒有關(guān)系，位相和噪聲不僅與下轉(zhuǎn)換場的參數(shù)有關(guān)，而且與泵浦場的參數(shù)有關(guān)。我們著重考慮如下三個因素對下轉(zhuǎn)換光位相關(guān)聯(lián)的影響:1.對泵浦光精細(xì)度不同的N

5、OPO;2.泵浦光有額外位相噪聲;3.NOPO對泵浦光位相噪聲的放大作用。分析得出了由實驗參數(shù)表達(dá)的強(qiáng)度差和位相和噪聲譜公式。利用我們的公式，可以合理解釋已有的實驗結(jié)果。
　　3.搭建分析頻率為2MHz、5MHz和10MHz的非平衡光纖M-Z干涉儀，從理論上分析了光纖耦合損耗對噪聲測量的影響。利用自制的光纖M-Z干涉儀，從實驗上獲得了頻率非簡并糾纏光束在2MHz，5MHz，10MHz頻率處的強(qiáng)度差和位相和壓縮。在泵浦光中加入白噪聲

6、，驗證了泵浦光額外位相噪聲對下轉(zhuǎn)換光位相和關(guān)聯(lián)的影響。
　　在這些工作中，有所創(chuàng)新的工作如下:
　　A:在考慮光學(xué)參量振蕩腔泵浦場的透射率，泵浦場額外位相噪聲和光學(xué)參量振蕩腔對泵浦場位相噪聲的放大作用對NOPO輸出場量子關(guān)聯(lián)特性的影響的情況下，從理論上推導(dǎo)出了由可測實驗參數(shù)表征的糾纏關(guān)系式。所得公式可以解釋過去發(fā)表的相關(guān)實驗結(jié)果。
　　B:構(gòu)建了非平衡光纖Mach-Zehnder干涉儀，分析了干涉儀損耗對關(guān)聯(lián)噪聲測量的