采用连续单频1.56 μm激光光源作为泵浦光,通过周期极化铌酸锂晶体外腔倍频过程实验制备出位于原子吸收波线的780 nm明亮振幅压缩态光场。在利用2个模清洁器过滤基频光的强度噪声、使之在分析频率4 MHz处达到散粒噪声的基础上,利用谐振倍频获得输出功率为10 mW、转换效率达40％的倍频光,实测的780 nm明亮振幅压缩光的压缩度为0.6 dB。

我们提出计算量子光场态的Wigner函数的新方法,即注意到任何光场态都可以用Fock空间中的粒子数态|m〉展开,所以我们先给出|m〉〈n|算符的Weyl排序形式,再利用Weyl排序算符的性质和算符经典对应的规则,以及相似变换下Weyl排序的算符的序不变性,就可以原则上求出任何光场态的Wigner函数。

利用有序算符内积分技术, 用压缩态理论导出偶数阶厄密多项式H2n(x)和奇数阶H2n+1(x)的无穷和。并提出用量子力学算符Hermite多项式方法计算奇-偶相干态的波函数。我们用的新途径具有物理意义鲜明的特点。

研究了耦合双Tavis-Cummings模型中三体纠缠态的演化和转移特性。结果表明, 初始局域的三体W型纠缠态可以转移为另外局域的三体纠缠, 在纠缠转移过程中, 两光腔场的耦合参数起到了重要的作用。随着耦合参数的增加, 三体纠缠的转移速度加快。并且初始三体纠缠在演化过程中不会完全被局域子体系间所俘获, 还会转移到其他非局域子体系上。最后, 我们还分析了腔场间耦合强度对初始三体量子态演化速度的影响。

为了改善BB84协议防窃听的能力,在BB84协议的基础上提出用M(M=3,4,5…)对量子态实现量子密钥分配。为了检测其安全性,用截获-重发的方式对量子密钥分配过程进行窃听,窃听者分别采用两种检测光子状态的方法:在M组基中随机选取一种基和用Breidbart基测量,并在这两种窃听方法下分别通过计算机仿真探究M值与安全性能的关系。仿真结果表明:用多对量子态实现量子密钥分配时,发现窃听者的能力与BB84协议相同,而窃听者可以获取的正确信息要比窃听BB84协议获取的正确信息少。从而提高了量子密钥分配的安全性。

经典-量子信息共信道同传是光纤量子密钥通信中的关键应用技术。为解决同传系统在复杂的背景噪声环境下的传输效率问题, 通过剖析基于DWDM的共信道同传系统中典型噪声干扰因素, 对该系统中DWDM信道串扰及自发拉曼散射噪声建立模型, 仿真计算不同光纤长度及不同波长信道下噪声干扰对系统的影响。分析结果表明, 在初始功率恒定的情况下, 系统噪声不会随光纤长度增加而无限积累, 而是趋于恒定数值；而在接收功率恒定的情况下, 系统噪声随光纤长度增加不断增长。从信道的波长角度看, 处于低噪声环境的经典与量子信道波长符合密集波分复用要求。根据ITU-T建议下的DWDM信道间隔, 在经典-量子信道波长间距为1.6 nm时, 系统性能最佳, 该仿真结果与经典实验的结论相吻合。

利用超导电荷量子位与传输线共振器(TLR)的电容耦合, 提出一个简单的隐形传态的方案。该方案成功传送的概率为1, 而且不受传输线共振器的影响。

研究两个无相互作用的二能级原子分别与单模热光场相互作用时的纠缠和量子失协动力学,重点讨论原子运动和腔体热环境温度对纠缠和量子失协的影响。结果表明:受原子运动和场模结构参数的影响,两原子的纠缠和量子失协周期性地演化;在原子纠缠消失处仍存在量子失协。此外,通过控制腔体热环境温度和场模结构参数可以实现对纠缠和量子失协的调控,使其得以保持。

以含有慢饱和吸收效应的耦合非线性薛定谔方程组为模型,对锁模光纤激光器中亮亮类孤子对的产生及传输进行了详细地研究。首先,采用拟解法解析得到了慢饱和吸收效应影响下的一组新型的精确亮亮类孤子解;其次,采用分步傅立叶变换法数值研究了啁啾类亮亮孤子解的演化特性,并在输出端将数值结果与精确解进行了比对;最后, 数值研究了一定幅度的白噪声干扰下亮亮类孤子解的稳定性。结果表明:一定的参数条件下,锁模光纤激光器中存在亮亮类孤子解,并且该解在一定的白噪声扰动下,可以实现较长距离的稳定传输。

以变系数的耦合非线性薛定谔方程作为光脉冲传输的理论模型, 考虑了三阶色散、自频移效应、自陡峭效应和五阶非线性效应, 采用对称分步傅里叶方法, 数值模拟了矢量组合孤波在综合管理的双折射光纤中的传输, 研究了矢量组合孤波中相邻孤子间的相互作用, 并且讨论了在加入噪声干扰、功率微扰和相位微扰情况下矢量组合孤波的传输稳定性。模拟结果显示: 在一定条件下, 矢量组合孤波中相邻两孤子几乎不发生相互作用, 能够无畸变传输；并且在有限干扰情况下, 矢量组合孤波具有良好的传输稳定性和抗干扰性。

本文研究了一种由三根并排放置的椭圆形金属-介质-金属纳米线构成的混合表面等离子体光波导所支持的电磁场基模的控制特性, 中间是高折射率的介质纳米线, 左右是两根对称放置的金属纳米线。研究结果表明, 基模电磁场增强效应主要分布在三根纳米线形成的两个间隙区域, 且对整个结构的几何参数有一定依赖性。因此, 通过改变纳米线的几何尺寸、两根纳米线之间的间距以及介质的电磁参数, 可以调整和控制这种波导所支持的基模的有效折射率、模式传输距离、归一化的模式面积和模式束缚因子等物理特性。基于这些有效的模式操控特性, 这种混合型的表面等离子体光波导可以应用于高密度光子器件集成、纳米光子学和生物传感器等领域。

从理论上研究了电子-声子相互作用对正切平方量子阱中光吸收系数的影响,首先利用微扰论方法求出考虑极化子效应时正切平方量子阱的波函数和能级,然后利用密度矩阵算符理论和迭代法得到光吸收系数的解析表达式,最后以典型的GaAs/AlGaAs 正切平方量子阱为例进行数值计算。结果表明,极化子效应对线性吸收系数、三阶非线性吸收系数和总吸收系数都有显著的影响,在相同光强的情况下极化子效应使光饱和吸收现象更加明显;考虑电声相互作用后,总吸收系数的改变量随着势阱宽度b的减小和势阱深度V0的增加而增大。

设计了一种基于InP材料的纳米光栅耦合器, 运用FDTD算法分析了周期长度、刻蚀深度以及占空比变化时该光栅耦合器的耦合效率。计算结果表明, 周期长度为800 nm, 刻蚀深度为0.3 μm, 占空比接近0.5时, 耦合效率可以达到13％。本文所设计的光栅耦合器对构建基于InP材料的谐振腔、激光器和陀螺结构具有一定的理论指导意义。

运用变分法研究了柱形量子线中强耦合极化子的性质, 计算了极化子的基态能量、第一激发态能量、结合能以及由第一激发态到基态的跃迁频率。计算表明, 柱形量子线中强耦合极化子的基态能量, 第一激发态能量均随着柱形量子线的半径及电子-声子耦合强度的增大而减小。同时结合能, 跃迁频率随着柱形量子线的半径减小而增大, 随电子-声子耦合强度的增大而增大。