基于FP腔的单光子传输特性及锁定

基于FP腔的单光子传输特性及锁定

【摘要】：单光子探测技术作为一种对微弱光信号探测的技术手段,广泛应用于高分辨率的光谱测量、天文测距、精密分析、光时域反射、生物发光、量子通信等领域。单光子光场为量子信息和量子计算奠定了物理实现的基础。特别是对于量子密钥系统,单光子的使用能够保证传输信息的绝对安全。目前没有真正可以应用到实验系统中的理想单光子源,通常广泛使用的是平均光子数远小于1的强衰减激光作为单光子源,光子数仍然服从泊松分布,存在多光子概率,从而给窃听者留下可乘之机,限制了通信双方的安全传输距离范围。因此光子数分辨的探测技术具有非常重要的意义。此外,在基于单光子相位编码密钥系统传输量子信息时,高精细度的FP腔用于筛选信息具有高的相位灵敏度,然而FP腔易受外界环境的影响。因此需要解决两个问题,一是使用单光子探测器区分光子数,二是实现基于单光子波长调制的高精度FP的锁定。本文针对以上问题进行了如下工作研究：第一,利用单光子探测器测量经声光调制器调制的单光子计数信息,通过光子计数的变化得到声光调制器工作于线性偏置点附近调制光的幅值阂值(这里为0.4v),光强调制与调制信号呈线性关系,当工作电压高于阈值时,单光子调制工作于非线性区域。第二,理论上基于第一个光子到达时间和不同光子数引起探测器的响应概率不同分析了单光子探测器对微弱激光脉冲的暂态响应特性,利用不同光子数响应时间不同实现光子数精确分辨。实验上测量了单光子、双光子、三光子的响应时间,

实现光子数的准确区分。分析了微弱激光脉冲的探测时间对光子数响应时间测量的影响。第三,利用具有较低热膨胀系数的微晶玻璃作为腔体,搭建高精细度的FP腔,自由光谱区范围750MHz,精细度1173,线宽0.64MHz。利用单光子波长调制技术,得到透射信号的鉴频曲线,将高精细度FP腔锁定在其单光子透射峰峰值上,锁定后FP腔透射峰频率抖动范围被压缩到0.25MHz.【关键词】：单光子探测器线性调制光子数响应时间单光子锁定 【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】：O431.2;TN918

【目录】：中文摘要8-9ABSTRACT9-11第一章引言11-211.1研究背景11-201.1.1单光子探测原理11-161.1.2单光子探测性能参数比较16-181.1.3单光子探测的应用18-201.2本论文研究内容20-21第二章1.55μm单光子探测系统21-312.11.55μm通讯波段单光子探测器21-252.2单光子探测的参数指标25-292.2.1暗计数测量25-272.2.2量子效率和等效噪声功率27-292.3小结29-31第三章基于单光子探测的多光子响应时间测量31-453.1AOM调制对单光子探测的影响31-363.1.1AOM电压特性理论分析31-333.1.2实验装置333.1.3实验

结果及分析33-363.2单光子探测器测量多光子响应时间理论分析36-403.2.1光子到达时间36-383.2.2不同光子数的探测器响应概率38-403.3实验结果及分析40-433.3.1实验装置40-413.3.2实验结果及分析41-433.4小结43-45第四章FP腔的单光子传输特性及锁定45-554.1单光子光谱调制技术45-484.2单光子FP腔系统与测量48-514.2.1FP工作原理484.2.2高精细度FP腔参数测量48-514.3基于单光子锁定FP腔51-544.3.1实验装置图51-524.3.2实验结果及讨论52-544.4小结54-55第五章总结与展望55-57参考文献57-61硕士研究生期间取得的学术论文61硕士研究生期间申报专利61-63致谢63-65个人简况及联系方式65-69 本论文购买请联系页眉网站。