基于掺铒光纤单光子源的研究

摘要

单光子源在量子物理学和量子通信中有着极其重要的作用，在量子光学所涉及到的光源中是一种很基本的光源，有着很普遍的应用。自研究人员发现单光子源的重要性，量子信息科学领域中对于单光子源和单光子探测器的研究出现爆发式增长。量子信息科学涉及到编码、通信、处理和利用量子力学粒子测量信息。研究表明量子计算中利用量子比特比经典粒子有着更高的安全性。单光子源的制备已经在很多材料或系统中实现：单原子、单分子、量子点和色心等，单光子源在量子力学基础实验和量子计算以及光量子信息处理中有着很重要的应用。每一种制备方法有它的优点，但同时也有相应的缺陷限制着它的使用。具有高效率和高度不可区分性的单光子源在半导体量子点中已经被发现，但是其需要的很低的温度成为了其商用化的主要障碍。为此本文提出一种可以工作在室温环境条件下，具有高度不可区分性，波长可调的确定性的单光子源，这种单光子源是基于掺杂铒（Er3+）粒子的掺铒光纤的，由于掺杂了铒粒子，使得光纤具有自发辐射特性。在分析各种单光子源的制备方法和优缺点以及单光子源理论基础后，提出基于掺铒光纤的单光子源，并搭建实验系统测量其主要的性能指标：不可区分性和二阶相关函数，利用单光子源探测器进行符合探测，通过实验测量和计算，最终测量得到的不可区分性高达99％，显示了基于掺铒光纤的单光子源在量子通信中的潜在应用。通过单光子探测器探测，单光子探测器通道1和通道2在零延时处的符合计数为零，这一实验结果掺铒光纤经过衰减之后，是可以制备单光子源的，而且很是接近理想的单光子源。

目录

声明

第一章 前言

第二章 单光子源的制备方法

2.1 激光衰减单光子源

2.2 单原子单光子源

2.3 单分子单光子源

2.4 量子点单光子源

2.5 纠缠单光子源

2.6 金刚石色心单光子源

第三章 掺铒光纤单光子源的理论基础简介

3.1 二阶自相关函数

3.2 光子的反聚束效应和聚束效应

3.3 掺铒光纤的自发辐射特性

3.4 HBT实验

3.5 光子的统计特性

第四章 掺铒光纤单光子源实验系统

4.1 实验系统

4.2 激光源的选取

4.3 单光子探测器

第五章 基于掺铒光纤单光子源的制备与测试

5.1 掺铒光纤光子的统计特性研究

5.2 掺铒光纤单光子源不可区分性的测量

5.3 二阶相关函数的测量

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文