路径纠缠的集成化产生和操控：从体块光学超晶格到波导芯片

【摘要】集成量子光学是近年来快速发展的一个研究方向,把庞大的空间光路集成在几厘米尺寸的光子芯片上,使量子信息处理单元更稳定,方便扩展功能,实用性更强。然而现有文献报道的大部分是无源光子芯片,需要外部提供量子光源,所以简化缩小外部量子光源尺寸甚至是制备集成的量子光源是非常有必要的。光学超晶格是现在产生纠缠光子最常用也是最重要的材料之一。通过合理设计超晶格的畴结构,可以直接高效地产生各种特殊的光子纠缠态,契合了集成量子光源的要求。特别是如今成熟的铌酸锂波导制备工艺,使得同时集成量子光源和量子光路的有源光子芯片成为可能。在本论文中,我们系统地研究了运用铁电畴工程技术制备一些特殊的集成化路径纠缠源的方法,以及在铌酸锂超晶格中实现有源光子芯片的尝试。主要涉及以下几个方面的研究内容：1、从理论和实验上研究了光学超晶格的横向铁电畴调制对纠缠光子空间模式的影响,用多通道的光学超晶格直接产生了双光子高维路径纠缠,并用双光子Talbot效应对双光子高维路径纠缠进行了表征。我们从理论上研究了多通道光学超晶格对纠缠光子空间模式的周期性振幅调制和周期性相位调制,分别计算了两种双光子态近场衍射时的Talbot效应,得出了双光子的Talbot自成像公式,并实验测量了振幅为周期性调制的双光子的Talbot效应,直观揭示了Talbot效应的衍射本质。2、研究了二维周期极化的光学超晶格中的多重准相位匹配过程,并制备了一种多功能的集成化路径纠缠光源,在同一块光学超晶格中直接产生了可预知的单光子路径纠缠和beam-like的双光子路径纠缠,两种纠缠之间可以通过控制温度进行相互切换。我们实验展示了这两种纠缠光子的空间分布,并分别测量了单光子的空间干涉和双光子的空间干涉,证明了光源的纠缠特性。我们最后提出了级联不同的畴结构来产生可预知的单光子高维路径纠缠的方法,并实验展示了可预知的单光子四模路径纠缠。3、用铌酸锂超晶格波导光路制备了一个有源光子芯片,在芯片上同时集成了路径纠缠光源和量子干涉光路。我们从光子芯片功能设计开始,研究了先周期极化铌酸锂、再进行退火质子交换这一制作工艺的可行性,并解决了芯片制作过程中遇到的一些技术问题。我们测量了铌酸锂超晶格波导中纠缠光子的产率,发现它比体块晶体具有更高的转换效率。我们通过电光效应改变了芯片上双光子态的相位并测量了芯片内的量子干涉,展示了光子芯片对路径纠缠的操控能力。我们还在芯片外的光纤光路中进行了Hong-Ou-Mandel干涉实验,得到92.9±0.9%的可见度,证明铌酸锂波导芯片上确实可以产生高品质的光子反聚束态。
【作者】金华；
【导师】祝世宁；徐平；
【作者基本信息】南京大学，物理学，2014，博士
【关键词】光子芯片；集成量子光学；光学超晶格；自发参量下转换；纠缠光子；量子干涉；

【参考文献】
[1]郭怀文.福建三明地区森林火灾碳排放研究[D].北京林业大学,生态学,2013,硕士.
[2]王青海.基于市场细分的M公司手机产品营销策略研究[D].吉林大学,工商管理,2012,硕士.
[3]陈冰,刘宇,田芬.银行业CRM应用研究系列专题(二)中国银行业实施CRM面临的有关问题[J].中国金融电脑,2002,08:63-66.
[4]秦国鑫.无源箝位移相全桥ZVZCS变换器研究[D].哈尔滨理工大学,电力电子与电力传动,2012,硕士.
[5]夏亚明.武汉兴业银行发展战略研究[D].华中科技大学,工商管理,2013,硕士.
[6]蔡刘畅.重大行政决策合法性行政审查研究[D].中国政法大学,宪法与行政法学,2013,硕士.
[7]李生琦,徐福缘,史伟.知识管理系统的构建目标与实现途径[J].图书情报知识,2002,06:17-19.
[8]代杰.智能糖化控制器的研究与开发[D].长安大学,检测技术与自动化装置,2013,硕士.
[9]吴颉.我国管理层收购（MBO）透析[D].西南财经大学,工商管理,2003,硕士.
[10]尔晨希.基于Hilbert-Huang变换的高压输电线路故障测距的研究[D].西安科技大学,电力系统及其自动化,2014,硕士.
[11]张艳.贵州省户外运动俱乐部会员环境意识与环境行为的调查研究[D].沈阳体育学院,体育教学,2014,硕士.
[12]朱翔飞.芦笋早熟覆盖促发技术研究及类黄酮代谢相关基因的分离与表达分析[D].浙江大学,园艺学,2013,硕士.
[13]高卫明.空间环境下磁性液体密封设计及性能研究[D].北京交通大学,2014.
[14]汪令祥,张兴,张崇巍,杨淑英,曹仁贤.基于位置观测的直驱系统无速度传感器技术[J].电力系统自动化,2008,12:78-82.
[15]王志刚,王立辉.虚拟现实技术与勘探开发[J].石油地球物理勘探,2003,S1:119-121+138.
[16]岳洋洋.污水处理系统中氨氧化古细菌富集筛选及氨氧化特性研究[D].哈尔滨工业大学,环境科学与工程,2013,硕士.
[17]王春林.产权与治理：模糊产权的治理价值与实践[D].华中师范大学,政府经济学,2014,硕士.
[18]陶欣尤.从奈达功能对等理论角度论英文短篇小说翻译策略[D].北京外国语大学,翻译,2013,硕士.
[19]全权.操纵理论视阈下《致蒋经国信》的翻译[D].扬州大学,英语语言文学,2011,硕士.
[20]裴沛.吉安市城市规划编制与实施偏差反思[D].华中科技大学,城市规划与设计,2013,硕士.
[21]李联春.商业银行风险管理[D].厦门大学,工商管理,2014,硕士.
[22]王菊花.经典命题逻辑中逻辑理论的计量化及应用[D].兰州理工大学,运筹学与控制论,2013,硕士.
[23]崔莎莎.局部面孔动态增益效应的认知机制研究[D].浙江理工大学,应用心理学,2013,硕士.
[24]刘国中,文福拴,薛禹胜.计及温室气体排放限制政策不确定性的发电投资决策[J].电力系统自动化,2009,18:17-22+32.
[25]牟丽君,高存臣,李娟.一类受扰时滞离散系统的滑模跟踪控制[J].控制与决策,2008,08:874-878.
[26]王芳.差异教学在高中英语阅读教学中的应用研究[D].西北大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[27]贺艳娇.故宫建筑屋脊上的吉祥物件[D].河北大学,艺术学,2014,硕士.
[28]张莹.长江内河小型LNG集装箱船航线优化设置研究[D].大连海事大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[29]林斓.方正证券经纪业务转型过程中的问题与对策研究[D].吉林大学,工商管理,2013,硕士.
[30]张建敏,黄永光,周文美,尤小龙,赵辰路,周纪廷.2株链霉菌的鉴定与酿造主要应激条件耐受性研究[J].酿酒科技.
[31]蔡金洋.造血系统上下游细胞自噬机制的构架以及功能的比较研究[D].苏州大学,细胞生物学,2014,硕士.
[32]施玉北,邱坚,郑志锋.云南硅灰石矿物学特征及矿物类树脂填料在人造板工业中的应用[J].林产工业.2004(04)
[33]田毅.凉血止血祛瘀法对糖尿病大鼠作用机理的实验研究[D].黑龙江中医药大学,中医基础理论,2004,硕士.
[34]米莹.基于地震易损性的非延性RC框架粘滞阻尼器加固方案决策[D].哈尔滨工业大学,建筑与土木工程,2014,硕士.
[35]徐光祐,郭进.视觉导引可移动机器人中的空间不确定性的表示和推理[J].自动化学报,1992,01:39-46.
[36]叶林,赵永宁.基于空间相关性的风电功率预测研究综述[J].电力系统自动化,2014,14:126-135.
[37]李晔.M连锁医药公司的库存管理研究[D].上海交通大学,物流工程,2013,硕士.
[38]付国强,薛云松,赵宝银,杨爽.开发地震在T2×1区块储层横向预测中的应用[J].石油地球物理勘探,1999,06:703-710+734.
[39]林权,赵方,罗海勇,康一梅.基于图谱分解的无线定位算法[J].自动化学报,2011,03:316-321.
[40]张华芳.羊栖菜降血糖活性成分研究[D].浙江大学,2002.
[41]曾庆财.青岛啤酒薪酬激励方案探究[D].江西财经大学,会计学,2013,硕士.
[42]李冰晖.对外贸易对我国纺织业工资扭曲影响的实证研究[D].兰州商学院,国际贸易学,2014,硕士.
[43]宋洪磊.基于WAMS信息的大区域互联电网主动解列控制策略研究[D].北京交通大学,电气工程,2014,博士.
[44]吴晓峰,韩梦云,张新伟,利铭,孙军.过程控制在空分装置中的应用[J].冶金自动化,1999,03:45-47.
[45]余寒露.大学生内隐主观幸福感调查及其与人格外向性、父母教养方式的研究[D].湖南师范大学,基础心理学,2013,硕士.
[46]匡春雨.基于CK803的SoC设计与验证平台实现[D].杭州电子科技大学,电路与系统,2014,硕士.
[47]李丹.我国企业技术标准战略选择研究[D].沈阳工业大学,企业管理,2004,硕士.
[48]杨维明,刘丰田,邢胜,黄迪生,李长河.心动容易行动太难——关于企业PLM应用的探讨[J].每周电脑报.2005(03)
[49]申文.《循环经济促进法》法律责任研究[D].甘肃政法学院,经济法学,2011,硕士.
[50]李志辉.论两汉魏晋时期的家学[D].渤海大学,中国古代史,2014,硕士.