1、
用于原子系综量子存储的滤波器研究
【摘要】：量子计算、量子通讯和量子密码术作为量子信息的三个主要研究领域,由于其诱人的应用前景,已成为学术界的热门课题,其中量子通讯由于其独特的安全性和高效性引起人们广泛的关注,但是由于量子通讯中通讯误码率随着传输距离的增大而指数增加,限制了远距离量子通讯的实现。在经典通讯中,人们在信道中特定位置设立中继站来放大信号并恢复原来的波形,以此来解决信号衰减的问题。借鉴此种方法,量子通讯中可以利用量子中继器来实现远程量子通讯。量子中继器最早于1998年由Briegel等科学家提出,其核心思想是借助量子态的相干特性实现对信息的量子存储及释放。光子由于其传播速度快且
2、不易受外界环境干扰等优点,其可以作为量子中继器中传播信息的载体；原子系综由于其存在集体激发增强效应和较长的退相干时间,其可以作为实现光量子信息理想的存储介质。目前基于原子系综实现量子存储常用的方案有基于EIT效应、大失谐双光子拉曼过程等。基于原子系综内光与多能级原子相互作用,实现对某个特定光的提取,是基于原子系综实现光存储的一个重要问题。例如基于大失谐双光子拉曼过程实现量子存储的实验中,为了探测微弱的信号光,必须将光强较强且频率与信号光相差GHz的写／读激光脉冲以及由写／读激光脉冲导致的荧光背景从信号光脉冲中滤除,此时滤波器对整个实验的成败起到了关键性的作用。通常所用的薄膜干涉滤光片其带宽较宽
3、～100GHz),对于窄带宽的激光信号,人们采用激光泵浦的原子气室、共焦F-P腔以及合理设计的块状法布里一珀罗标准具作为滤波器滤除不想要的光。本论文围绕用于原子系综实现量子存储中的滤波器进行研究,主要分为以下几个方面：1、对几种常用光学滤波器包括棱镜滤波器、光栅衍射滤波器、原子滤波器、F-P标准具滤波器工作原理等相关知识以及滤波器在基于原子系综实现量子存储中的应用作简要介绍。2、基于将两个频率相差～GHz的光信号成分中的一个滤除,从而有效探测另一个成分为目的,对基于光泵浦效应的铯原子滤波器其探测光透射率随泵浦光光强以及与铯原子蒸气室内温度的变化关系进行了详细的理论研究以及实验测量。进而为有效
4、避免由铯泡壁反射的泵浦光对微弱探测光的影响,实验中分别采用空心泵浦光以及实心泵浦光方案进行研究,并对实验结果进行了比较。3、标准具具有高抑制比,共振透射频率可调谐等特性,能够更广泛应用于原子系综实现量子存储的实验中,我们利用标准具多光束干涉原理,合理设计了一种控温稳定、共振透射频率可调谐的Etalon滤波器。进而对滤波器共振透射频率与温度的关系以及温度一定时透射率随激光频率的关系进行理论计算及实验测量。由于单片标准具其抑制比只能达到～27dB,对于探测单光子量级激光信号其抑制比远远不够需要更高抑制比的滤波器,我们采用将原子滤波器和控温Etalon标准具相结合的方式以获得更高抑制比。利用标准具共
5、振透射频率可调谐特性,将其扩展到激光器稳频环路中,成功实现了对半导体激光器频率的锁定。4、简要介绍原子滤波器及控温Etalon滤波器在基于EIT过程以及基于大失谐双光子拉曼过程实现量子存储中的具体应用以及将控温标准具用于激光器锁频装置中的应用。【关键词】：原子系综量子存储抑制比弱信号光原子滤波器控温Etalon滤波器
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TN713;O431.2
【目录】：中文摘要8-10ABSTRACT10-13第一章绪论13-231.1光学滤波器概述14-181.1.1棱镜滤波器151.1.2原子滤波器15-17
6、1.1.3衍射光栅滤波器171.1.4F-P标准具滤波器17-181.1.5小结181.2量子信息与量子存储18-211.3本论文的主要内容21-23第二章原子滤波器的设计及实验研究23-352.1原子滤波器研究背景及其进展232.2铯原子滤波器实验原理及理论模型23-272.3铯原子滤波器实验装置27-292.3.1泵浦光为非空心光束实验装置27-282.3.2泵浦光为空心光束实验装置28-292.3.3磁屏蔽筒内铯泡加热设计与实施292.4铯原子滤波器实验结果29-322.4.1空心泵浦光束光斑测量29-302.4.2探测光透射率与泵浦光光强关系测量30-312.4.3铯泡加热对探测光透射
7、率的影响31-322.5本章小结32-35第三章控温Etalon滤波器的实验研究35-433.1控温Etalon滤波器的理论以及特性研究35-363.2控温Etalon滤波器的参数选择及设计思想36-393.2.1参数选择36-373.2.2结构设计37-393.3控温Etalon滤波器实验测量结果39-423.3.1滤波器透射率随温度的变化情况39-403.3.2滤波器共振透射功率的稳定性测量40-413.3.3滤波器共振透射频率随温度变化关系413.3.4滤波器自由光谱区及其线宽测量41-423.4本章小结42-43第四章滤波器在实现量子存储中的应用43-514.1滤波器在基于EIT过程实现量子存储中的应用43-454.2滤波器在基于大失谐双光子拉曼过程实现量子存储中的应用45-494.2.1利用控温光学标准具实现滤波46-474.2.2利用控温光学标准具实现锁频47-494.3本章小结49-51第五章总结与展望51-53参考文献53-57硕士研究生期间完成的学术论文和会议报告57-59致谢59-61个人简况及联系方式61-65 本论文购买请联系页眉网站。
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