光学超晶格制备多光子纠缠源(2)

1.2 光量子纠缠源的制备目前产生光量子纠缠态比较普遍的方法是通过激光泵浦非线性光学晶体，通过自发参量下转换（SPDC）过程[3,4]。自发参量下转换过程产生的孪生光子对是很好的双光子纠缠源。泵浦光在某些非线性光学晶体中会由自发参量下转换过程产生一对孪生的光子源'自:751`!论~文'网www.751com.cn，必须遵循能量守恒条件和动量守恒的条件。1.3 本论文的工作纠缠是量子信息传输及处理的重要资源，对纠缠源的制备尤为重要。基于光学超晶格制备多光子纠缠源是当前量子光学领域有源光子芯片研究的一个重要方向。本课题是将在非线性光学中被广泛使用的多重准相位匹配技术应用到量子光学领域，设计特定的光学超晶格畴调制结构，通过自发参量下转换来制备光子纠缠源。在本毕业论文中，我们对基于光学超晶格材料中纠缠光子源的制备原理做简要描述，通过设计极化畴结构调制光波矢的相位反转以及基于一维和二维极化畴结构的光学超晶格制备四光子偏振纠缠态的理方案，简要的论述了量子纠缠态的制备，并通过在极化畴调制结构的一维和二维光学超晶格中制备四光子偏振纠缠态。基于多重准相位匹配原理，灵活设计极化畴结构还可以产生多光子其他类型的偏振纠缠态以及在其它自由度上纠缠的多光子纠缠态。
2 光子纠缠源的制备原理
2.1 自发参量下转换制备双光子纠缠源参量下转换制备纠缠态的过程中产生的双光子对具有高度的同时性，被称为孪生光子对。一束频率为ω p的泵浦激光与非线性晶体发生非线性光学相互作用，以一定概率产生频率分别为ω s和ω i 的孪生光子，习惯上将一个光子称为信号光（ω s），另一个称为闲置光（ω i）。这一过程必须满足能量守恒和动量守恒定律，即 (2.1) (2.2) 其中kp、ks和 ki分别是泵浦光、信号光和闲置光的波矢。系统的哈密顿量为 (2.3) 其中 V 为光场与非线性晶体相互作用的体积，μ 0 是真空磁导率，B 为磁感应强度矢量。D = ε 0E + P, 考虑到二阶非线性极化强度