通讯波段全光纤关联光子源的脉冲泵浦源实验研究

摘要

关联光子对是揭示量子力学基本定律和实现量子信息处理的重要资源,基于光纤的1550nm通讯波段关联光子源具有体积小、易于实现、能够与现有光纤系统完全兼容等优点而受到关注,这种关联光子源的原理是利用脉冲激光泵浦色散位移光纤,引起自发四波混频效应来产生关联光子对。高性能、结构紧凑的脉冲光纤激光器是实现关联光子源的关键因素。本文搭建了一台全光纤锁模脉冲激光器,并研究了其在关联光子源中的适用性。
　　论文中基于非线性偏振旋转效应使用单个偏振控制器搭建了一台掺铒光纤脉冲激光器,得到了稳定的被动锁模脉冲序列,并观察到了多种谐波锁模现象。该激光器中心波长分别位于短波长处的1533.7nm和长波长处的1558.7nm,激光脉冲重复频率为20.21MHz,最大输出功率达5.4mW,短波长处测得脉冲宽度528fs,时间带宽积0.47,约为高斯脉冲傅里叶变换极限的1.1倍。对该泵浦源下的关联光源进行了单通道光子计数率和符合计数率的测量,并利用单光子探测器对激光脉冲对比度进行了测量,展示了该激光器在量子关联光源中的适用性。
　　本文的主要内容安排如下:首先,对光纤激光器的基本结构、原理、特点以及分类做了详细的介绍,解释了掺铒光纤的特性并说明了量子关联光源对泵浦光的需求;然后,依据上述基本理论搭建了单偏振控制器的锁模脉冲激光器,并对其输出特性做了研究与分析;最后,测量了该激光器泵浦下获得的关联光子的单通道光子计数率以及符合计数率,并对激光器的脉冲对比度进行了理论分析与实验测量,证明该激光器能够为量子关联光源提供有效泵浦。

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第一章 绪论

1.1 量子关联光源及其发展与应用

1.2 光纤激光器的研究进展

1.3 本论文的主要内容

第二章 光纤激光器理论

2.1 光子的受激辐射和受激放大

2.2 激光的产生

2.2.1 激光产生过程和粒子数反转

2.2.2 光的自激振荡、阈值条件以及常见能级结构

2.3 光纤激光器的基本原理

2.3.1 光纤激光器的基本结构

2.3.2几种常用的锁模技术

第三章 锁模脉冲光纤激光器的实验研究

3.1 掺铒光纤的特性

3.1.1光纤的掺杂

3.1.2 掺铒光纤的特性以及铒离子的能级结构

3.2 非线性偏振旋转被动锁模激光器

3.2.1单偏振控制器的锁模激光器的结构及原理

3.2.2孤子锁模

3.2.3掺铒光纤增益谱特性

3.2.4激光器的运行结果

3.2.5谐波锁模现象

第四章 光纤激光器在全光纤关联光源中的适用性

4.1 光子计数率与符合计数率的测量

4.1.1实验条件与装置

4.1.2结果及结论

4.2 激光脉冲对比度的研究

4.2.1理论依据

4.2.2单光子探测器测量激光脉冲对比度

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本论文的工作总结

5.2 论文的后续工作

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢