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基于量子纠缠光源的椭圆偏振测量技术研究进展
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作者 牛素俭 解孟雨 +1 位作者 周志远 史保森 《量子电子学报》 北大核心 2025年第4期450-463,共14页
椭圆偏振测量仪(以下简称偏振仪)是用于测量样品光学性质的重要工具,在物理、化学、材料科学等诸多领域都有着广泛的应用,其通过精确测量偏振光在经过样品前后偏振态的变化,并结合特定的理论模型,达到准确评估样品多种光学性质的目的。... 椭圆偏振测量仪(以下简称偏振仪)是用于测量样品光学性质的重要工具,在物理、化学、材料科学等诸多领域都有着广泛的应用,其通过精确测量偏振光在经过样品前后偏振态的变化,并结合特定的理论模型,达到准确评估样品多种光学性质的目的。当前,将新型光源应用到椭圆偏振测量技术中,以提升偏振仪的性能并拓展其应用范围,是相关研究领域的热点之一。而量子纠缠光源因其具有突破散粒噪声理论极限的潜能、极低光强下的抗噪能力以及非局域操控等特性,在量子精密测量领域得到广泛关注。近年来,人们日趋关注基于量子光源与椭圆偏振测量技术相结合的量子偏振仪的原理和应用研究。本文首先回顾了经典偏振仪的工作原理和类型,在此基础上,重点介绍了量子偏振仪的基本原理和研究进展,并展望了量子偏振仪的未来发展方向。 展开更多
关键词 量子信息 量子纠缠光源 经典偏振仪 量子偏振仪 量子精密测量
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一维光声晶体微腔中实现声学量子态探测的关键技术 被引量:2
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作者 夏紫微 唐锦道 +8 位作者 蒋沁原 陈培钦 李浩 周强 尤立星 王浟 宋海智 郭光灿 邓光伟 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期322-330,共9页
基于硅基CMOS工艺,设计并制备了一维光声晶体微腔器件,在极低温(28 mK)条件下对该微腔的光学模式(光纤通信波段)和声学模式(~5.344 GHz)进行了表征,利用脉冲光驱动和单光子探测方法实现了声学模式的声子计数。其中的关键技术是利用脉冲... 基于硅基CMOS工艺,设计并制备了一维光声晶体微腔器件,在极低温(28 mK)条件下对该微腔的光学模式(光纤通信波段)和声学模式(~5.344 GHz)进行了表征,利用脉冲光驱动和单光子探测方法实现了声学模式的声子计数。其中的关键技术是利用脉冲光驱动微腔散射光子且产生(或减少)声子,这种脉冲光驱动方法可以减少光的加热效应以保持低声子占据率;再通过级联窄带宽光纤法布里-珀罗滤波器对泵浦光子进行选择滤波,之后测量得到的散射光子可以精确地计算声学模式中的声子数。实验得到的平均声子数为0.14±0.03,进入了少声子区间,为声学量子态在量子计算、量子精密测量、量子换能器等领域的应用奠定了基础。 展开更多
关键词 声学量子态 一维光声晶体微腔 声子计数 脉冲光激励
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分布式量子计算研究进展 被引量:7
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作者 王升斌 窦猛汉 +2 位作者 吴玉椿 郭国平 郭光灿 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-25,共25页
量子比特的高效拓展是量子计算获取量子加速优势需要解决的基本问题,分布式量子计算(DQC)因其高度可行性和灵活性,成为解决量子比特拓展问题的关键技术之一。根据芯片间通信方式的不同,分布式量子计算可以分为基于量子隐形传态和基于量... 量子比特的高效拓展是量子计算获取量子加速优势需要解决的基本问题,分布式量子计算(DQC)因其高度可行性和灵活性,成为解决量子比特拓展问题的关键技术之一。根据芯片间通信方式的不同,分布式量子计算可以分为基于量子隐形传态和基于量子线路拆分的分布式量子计算两种类型,前者主要面向容错量子计算,而后者被认为可在中等规模含噪声量子(NISQ)时代有效提升量子计算机算力。从长远角度来看,作为量子网络的主要应用之一,分布式量子计算可以更好地整合接入量子网络的海量量子计算机以解决高难度问题。首先介绍了分布式量子计算的来源和类型,在此基础上,给出了两类分布式量子计算的基本原理和发展状况,以及关注度较高的应用算法和编译优化方法。 展开更多
关键词 量子信息 分布式量子计算 量子隐形传态 量子线路拆分
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中红外量子频谱迁移研究进展及应用
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作者 李金澎 韩赵其智 +2 位作者 李曜均 周志远 史保森 《中国测试》 CAS 北大核心 2024年第12期20-29,共10页
传统的中红外探测主要基于碲镉汞等窄带隙材料探测器,但此类探测器的高灵敏度探测需要依靠深制冷设备,且相较于成熟的硅基探测器性能差距较大。中红外量子频谱迁移可以将中红外信号上转换至硅基探测器的工作波段,以使用高性能硅探测器... 传统的中红外探测主要基于碲镉汞等窄带隙材料探测器,但此类探测器的高灵敏度探测需要依靠深制冷设备,且相较于成熟的硅基探测器性能差距较大。中红外量子频谱迁移可以将中红外信号上转换至硅基探测器的工作波段,以使用高性能硅探测器进行高效探测;该技术还可以将信号光子下转换至中红外波段,并在转换过程中完整保留光子信息,在中红外量子光场产生与调控领域发挥重要意义。文章系统介绍中红外量子频谱迁移的基本原理、主要参数和最新研究进展,并对其应用前景和研究方向进行展望。 展开更多
关键词 中红外探测 非线性频率变换 量子效率 中红外量子纠缠
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量子密钥在电网SSLVPN中的应用 被引量:21
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作者 刘东 王双 +3 位作者 周静 许曼莉 陈巍 韩正甫 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2014年第2期544-548,共5页
基于虚拟专用网(virtual private networks,VPN)技术的电力系统调度数据网使用对称加密技术来保护通信数据的安全性,加密密钥的分配和使用都存在不安全因素。为此,提出将量子密钥分配网络与电网相融合的方案,利用量子密钥分配技术解决... 基于虚拟专用网(virtual private networks,VPN)技术的电力系统调度数据网使用对称加密技术来保护通信数据的安全性,加密密钥的分配和使用都存在不安全因素。为此,提出将量子密钥分配网络与电网相融合的方案,利用量子密钥分配技术解决密钥安全分配的问题,使通信双方之间能共享无条件安全的密钥。两网融合方案是通过使用量子服务器和VPN服务器来实现的,服务器能完成量子密钥从量子网络到电网应用的调度。通过对安全套接层(secure sockets layer,SSL)协议进行详细分析,从认证密钥、主密钥和会话密钥3个层次给出了量子密码的应用形式。在通信协议方面,为减少对现有协议的修改,通过附加的协商过程来协商量子密码的应用形式,实现密钥的获取和替换。该方法降低了整个融合方案的复杂性,提高了其可用性。 展开更多
关键词 量子密钥 安全套接层 虚拟专用网 电网 安全性
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相位编码量子密钥分发系统的电子学设计 被引量:3
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作者 杨阳 王永纲 +5 位作者 陈巍 王双 张丽君 黄大骏 章涛 韩正甫 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期2604-2609,共6页
相位编码是目前基于光纤传输的量子密钥分发(QKD)系统采用最多的方式,对控制电子学的设计提出了诸多挑战.本文在介绍相位编码QKD系统控制电子学整体设计基础上,重点分析相位编码QKD系统在同步机制、自动相位扫描补偿等方面的特殊要求和... 相位编码是目前基于光纤传输的量子密钥分发(QKD)系统采用最多的方式,对控制电子学的设计提出了诸多挑战.本文在介绍相位编码QKD系统控制电子学整体设计基础上,重点分析相位编码QKD系统在同步机制、自动相位扫描补偿等方面的特殊要求和设计实现.本文设计的控制电子学和必要光学器件组成的QKD系统可以作为量子密钥分发网络中独立节点,已成功地运行于安徽省芜湖市电信商用通信光纤网络之上,实现了多个通信节点之间使用量子密码的加密通信.整个QKD系统在20MHz的光脉冲重复速率上实现了BB84相位编码协议,达到了在20km传输距离上2.95%的量子比特误码率(QBER)以及4.91kbps的安全密钥生成率. 展开更多
关键词 量子密钥分发 相位编码 法拉第迈克尔逊干涉仪 现场可编程门阵列
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关于量子酉信道的HSW容量的一个注记(英文)
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作者 吴玉椿 周正威 郭光灿 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第4期390-392,共3页
给出了量子酉信道的Holevo Schumacher Westermoreland(HSW )信道容量的一个较简单的计算公式 ,并且证明利用输入的纯态可以算出这个信道的信道容量 .
关键词 HSW信道容量 幺信道 yon Neumann熵
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量子密钥分配后处理概述 被引量:6
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作者 李默 张春梅 +2 位作者 银振强 陈巍 韩正甫 《密码学报》 CSCD 2015年第2期113-121,共9页
基于量子力学的基本原理(未知量子态的不可克隆原理、量子态测量原理、量子不确定性原理等),量子密钥分配(quantum key distribution,QKD)提供了一种能够在合法的通信双方(通常记为Alice和Bob)之间产生无条件安全密钥的方式.一次一密(On... 基于量子力学的基本原理(未知量子态的不可克隆原理、量子态测量原理、量子不确定性原理等),量子密钥分配(quantum key distribution,QKD)提供了一种能够在合法的通信双方(通常记为Alice和Bob)之间产生无条件安全密钥的方式.一次一密(One-Time-Pad,OTP)是一种被证明为无条件安全的密码体制.将量子密钥分配过程和一次一密的密码体制结合起来可以实现无条件安全的保密通信.自从1984年以来,学者们提出了许多新的量子密钥分配协议.量子密钥分配主要包括两个阶段:量子信号传输阶段和后处理阶段.量子信号传输阶段主要是包括Alice和Bob在量子信道中进行的量子态的发送、接收和测量等操作.后处理阶段主要包括对基、误码估计、密钥协商(纠错)、错误校验和保密放大过程.随着高速量子密钥分配系统的迅速发展,后处理阶段成为制约其高速性能的瓶颈.因此,快速有效的后处理算法的研究在高速量子密钥分配系统中有着相当重要的作用.本文主要对量子密钥分配后处理阶段各个过程的原理及其具体的实现方法做一简要概述. 展开更多
关键词 量子密钥分配 后处理 密钥协商 保密放大
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用于高效高速量子网络节点的光纤腔-离子阱耦合系统的设计
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作者 鲍星宇 崔金明 +5 位作者 房鼎 陈蔚彬 王健 黄运锋 李传锋 郭光灿 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期34-43,70,共11页
本文的主要目的是设计新型的离子阱与光纤腔的耦合系统,此方案是通过制造一个在侧面和端面具有金属层的光纤腔实现。带有金属层的光纤腔可以传输光和电荷,同时,光纤端面的金属层可以屏蔽介质高反膜上的电荷。此系统旨在捕获单个^(138)Ba... 本文的主要目的是设计新型的离子阱与光纤腔的耦合系统,此方案是通过制造一个在侧面和端面具有金属层的光纤腔实现。带有金属层的光纤腔可以传输光和电荷,同时,光纤端面的金属层可以屏蔽介质高反膜上的电荷。此系统旨在捕获单个^(138)Ba^(+)离子,并实现光纤腔与^(138)Ba^(+)离子493 nm荧光的耦合。为了有效地收集荧光光子,我们对整个系统进行理论分析,以实现各个部分的最佳耦合。光纤的腔长被设计为250μm,优化后的耦合参数为(g,κ,γ)/2π=(55,105,20)MHz。我们还通过分析振动、离子阱性能和热稳定性来提高系统的稳定性和可靠性。系统的核心部分是由热膨胀系数相近的材料构成,以提高热稳定性。系统还使用弹簧连接真空腔体,用于隔绝腔体内外的振动。我们从理论上分析制造该耦合系统的难点,并实验验证了部分关键技术。整个系统有望被扩展成一个复杂的量子网络,以实现量子计算和量子通信。 展开更多
关键词 离子阱 量子网络 光纤腔 量子信息 量子光学
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基于啁啾极化晶体的中红外上转换成像研究
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作者 韩赵其智 葛正 +2 位作者 王小骅 周志远 史保森 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期52-60,共9页
将物体辐射或反射的中红外波段光转换到可见光区域、再利用高性能的硅基器件探测是一种有效的目标识别手段,规避了传统半导体中红外探测器在灵敏度、深制冷和噪声等性能方面的不足。文中利用啁啾极化的非线性晶体,在强连续泵浦光作用下... 将物体辐射或反射的中红外波段光转换到可见光区域、再利用高性能的硅基器件探测是一种有效的目标识别手段,规避了传统半导体中红外探测器在灵敏度、深制冷和噪声等性能方面的不足。文中利用啁啾极化的非线性晶体,在强连续泵浦光作用下,将中红外波段的光场信息高效、高保真地迁移到可见光域进行探测。通过建立简单的物理模型,理论上讨论了啁啾极化晶体参数对上转换成像性能的影响,并进行了数值仿真;通过实验进一步研究了啁啾晶体上转换方法在转换带宽、成像视场等成像关键参数上的优势,实验结果与理论计算值吻合较好。通过上转换方法,演示了相干光与非相干光照明条件下目标探测,实现了相干光照明下的光学边缘增强成像和非相干照明下的热辐射目标识别。这一工作对基于啁啾晶体的上转换成像系统的理解、设计和实际应用具有重要参考价值。 展开更多
关键词 中红外成像 上转换 啁啾极化晶体 带宽 效率
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Balancing the minimum error rate and minimum copy consumption in quantum state discrimination
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作者 Boxuan Tian Zhibo Hou +2 位作者 Guo-Yong Xiang Chuan-Feng Li Guang-Can Guo 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期40-42,39,I0002,I0003,共6页
Extracting more information and saving quantum resources are two main aims for quantum measurements.However,the optimization of strategies for these two objectives varies when discriminating between quantum states |ψ... Extracting more information and saving quantum resources are two main aims for quantum measurements.However,the optimization of strategies for these two objectives varies when discriminating between quantum states |ψ_(0)> and |ψ_(1)> through multiple measurements.In this study,we introduce a novel state discrimination model that reveals the intricate relationship between the average error rate and average copy consumption.By integrating these two crucial metrics and minimizing their weighted sum for any given weight value,our research underscores the infeasibility of simultaneously minimizing these metrics through local measurements with one-way communication.Our findings present a compelling trade-off curve,highlighting the advantages of achieving a balance between error rate and copy consumption in quantum discrimination tasks,offering valuable insights into the optimization of quantum resources while ensuring the accuracy of quantum state discrimination. 展开更多
关键词 quantum measurement quantum control quantum state discrimination
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XeF_2对SiO_2/Si的干法刻蚀 被引量:2
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作者 尉伟 吴晓伟 +4 位作者 吕凡 肖云峰 付绍军 裴元吉 韩正甫 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第6期603-607,共5页
XeF2是一种可以在常温下与硅发生反应的气体,可用作对硅进行干法刻蚀的工作气体,其对硅刻蚀特性呈现各向同性.研制了一个使用脉冲法对二氧化硅/硅体系进行XeF2刻蚀的系统,刻蚀系统简单且操作容易.利用该系统成功地刻蚀出"蘑菇状&qu... XeF2是一种可以在常温下与硅发生反应的气体,可用作对硅进行干法刻蚀的工作气体,其对硅刻蚀特性呈现各向同性.研制了一个使用脉冲法对二氧化硅/硅体系进行XeF2刻蚀的系统,刻蚀系统简单且操作容易.利用该系统成功地刻蚀出"蘑菇状"的SiO2/Si结构,得到的刻蚀选择比大于1000. 展开更多
关键词 XEF2 硅刻蚀 各向同性干法刻蚀 光学微腔
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基于频谱迁移的红外探测研究进展(特邀) 被引量:4
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作者 周志远 史保森 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期1-11,共11页
传统的红外探测主要基于铟镓砷、锑镉汞等半导体光子型探测器,然而这类探测器在常温下具有灵敏度低和噪声较大的缺点,高灵敏探测还需要深制冷,相对于成熟的硅探测器性能差距非常大。因此,将不易探测的红外波段转迁移至硅探测器的工作波... 传统的红外探测主要基于铟镓砷、锑镉汞等半导体光子型探测器,然而这类探测器在常温下具有灵敏度低和噪声较大的缺点,高灵敏探测还需要深制冷,相对于成熟的硅探测器性能差距非常大。因此,将不易探测的红外波段转迁移至硅探测器的工作波段,并且利用高性能的硅基探测器进行有效探测是一种可行的路径。基于这种思想,目前发展了一种有效的频谱迁移探测方法,即通过非线性和频上转换过程将红外光子的频谱迁移到硅探测器的探测波段,从而实现高效的探测。文中系统介绍了基于频谱迁移红外探测的基本原理、主要参数和最新研究进展,最后对潜在的研究趋势和应用前景进行了展望。 展开更多
关键词 红外探测 频谱迁移 量子效率 噪声 频率带宽 视场
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近场研究表面等离子体在银纳米线上的传输 被引量:3
14
作者 刘爱萍 任希锋 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期1-4,共4页
通过双探针近场光学扫描显微镜在银纳米线上实现近场激发和近场收集表面等离子体,用一个探针在银纳米线的一端近场激发表面等离子体,另一个探针近场探测银纳米线上的表面等离子体强度分布,得到强度分布图.强度分布图显示表面等离子体在... 通过双探针近场光学扫描显微镜在银纳米线上实现近场激发和近场收集表面等离子体,用一个探针在银纳米线的一端近场激发表面等离子体,另一个探针近场探测银纳米线上的表面等离子体强度分布,得到强度分布图.强度分布图显示表面等离子体在银纳米线的一端被有效激发并且有一部分表面等离子体沿着银纳米线和基底的界面传播到了另一端.用有限元法对银纳米线内的传播模式进行数值模拟,结果显示银纳米线内存在两种表面等离子体传播模式,分别为基模和高阶模.沿着银纳米线和基底介质之间传输的基模表面等离子体由于传输环境稳定,散射损耗小,实际传输长度接近模式传输长度,达10μm以上;而高阶模表面等离子体由于部分裸露在空气中受表面缺陷散射的影响,散射损耗大,实际传输长度远小于模式传输长度.研究表明:以能量高度束缚的基模表面等离子体作为载体,不仅可以实现低损耗传输,还可以减小集成器件之间的信号串扰,有效提高信息传输的安全性,在集成光学中具有重要应用. 展开更多
关键词 表面等离子体 集成光学 近场光学扫描显微镜 纳米线 光学性质鉴定 数值分析 光学损耗
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一种新型多通道光子符合仪
15
作者 李玉虎 黄运锋 戴逸民 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期235-238,共4页
提出并实现了一种小型、快速且稳定的八通道光子符合仪.此仪器采用高速ECL逻辑电路、FPGA可编程器件和USB2.0高速接口,能够同时统计八通道单光子检测器所有可能的单个或符合事件,且其平均处理速度最高可达到12.5 M事件/秒.此仪器在统计... 提出并实现了一种小型、快速且稳定的八通道光子符合仪.此仪器采用高速ECL逻辑电路、FPGA可编程器件和USB2.0高速接口,能够同时统计八通道单光子检测器所有可能的单个或符合事件,且其平均处理速度最高可达到12.5 M事件/秒.此仪器在统计结果中还加入了辨别事件到达顺序的时间信息,再配合PC及其应用程序可实时监测八个通道中的任一路或符合事件.通过实时监测来调整单光子检测器及其前端的光路使其工作在最佳状态.同时此仪器还实现了不丢失地记录发生的间隔在13 ns(激光器的重复频率为76 MHz)时的事件. 展开更多
关键词 光子符合 单光子检测器 实时监测 量子通信
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光场空间结构全维度非线性调控理论及应用 被引量:2
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作者 吴海俊 于丙石 +5 位作者 姜嘉琪 赵波 Carmelo Rosales-Guzmán 白振旭 朱智涵 史保森 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第8期305-309,共5页
得益于数字全息与几何相位平面光学技术的逐渐成熟,空间结构光场调控及应用研究已在线性光学领域取得蓬勃发展。与之相比,以非线性光学为物理途径的相关研究虽能实现许多关键功能(如光场间信息交互)却仍处于起步阶段。笔者课题组在国家... 得益于数字全息与几何相位平面光学技术的逐渐成熟,空间结构光场调控及应用研究已在线性光学领域取得蓬勃发展。与之相比,以非线性光学为物理途径的相关研究虽能实现许多关键功能(如光场间信息交互)却仍处于起步阶段。笔者课题组在国家自然科学基金等项目的支持下,近期聚焦光场调控与非线性光学领域前沿问题“空间多模态经典及量子光场的非线性产生、变换及接口技术”,重点突破了空间全维度参量变换理论与相关技术瓶颈,取得了一系列理论及应用创新成果,为高维量子光学相关实验研究的开展打下坚实基础。 展开更多
关键词 结构光场 非线性光学 光场调控
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基于PPKTP波导产生多通道光子对(英文)
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作者 翟畅 史保森 郭光灿 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期2409-2413,共5页
提出了一种基于PPKTP波导利用自发参量产生多通道纠缠光子对的方案.计算在使用脉冲,连续激光,Ⅰ型、Ⅱ型相位匹配这些不同条件下,同时产生位于通信波段的多通道纠缠光子对的特性.结果显示该方案能够为量子密钥分配网络提供更为高效易行... 提出了一种基于PPKTP波导利用自发参量产生多通道纠缠光子对的方案.计算在使用脉冲,连续激光,Ⅰ型、Ⅱ型相位匹配这些不同条件下,同时产生位于通信波段的多通道纠缠光子对的特性.结果显示该方案能够为量子密钥分配网络提供更为高效易行的方案. 展开更多
关键词 激光 PPKTP 自发参量下转换 光子对
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氮化硅微腔中的光学频率梳(特邀)
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作者 李锦 王丕屿 +4 位作者 王正瑜 牛睿 万帅 郭光灿 董春华 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期11-17,共7页
具有高品质因子(Q值)的光学谐振腔能够长时间将光束缚在较小的模式体积内,极大地增强了光与物质的相互作用,成为集成光学器件中具有重大潜力的重要组成部分。聚焦于目前广泛应用于集成非线性光学领域的氮化硅材料平台,为了解决大尺寸氮... 具有高品质因子(Q值)的光学谐振腔能够长时间将光束缚在较小的模式体积内,极大地增强了光与物质的相互作用,成为集成光学器件中具有重大潜力的重要组成部分。聚焦于目前广泛应用于集成非线性光学领域的氮化硅材料平台,为了解决大尺寸氮化硅微环腔由拼接误差、表面粗糙等因素导致的散射损耗较大的问题,进行了一系列的工艺改进以提高大尺寸氮化硅微环腔的品质因子。结果表明:通过薄膜再沉积工艺可以有效降低氮化硅波导的散射损耗,半径为560μm的大尺寸氮化硅微环腔的本征Q值得到了平均26%的提升。得益于提高的微腔Q值,在氮化硅微环腔中实现了重复频率40 GHz的光学频率梳。 展开更多
关键词 氮化硅微环腔 品质因子 光学频率梳
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