用于原子系統(tǒng)量子存儲的濾波器研究.pdf

1、量子計算、量子通訊和量子密碼術(shù)作為量子信息的三個主要研究領(lǐng)域，由于其誘人的應(yīng)用前景，已成為學(xué)術(shù)界的熱門課題，其中量子通訊由于其獨特的安全性和高效性引起人們廣泛的關(guān)注，但是由于量子通訊中通訊誤碼率隨著傳輸距離的增大而指數(shù)增加，限制了遠(yuǎn)距離量子通訊的實現(xiàn)。在經(jīng)典通訊中，人們在信道中特定位置設(shè)立中繼站來放大信號并恢復(fù)原來的波形，以此來解決信號衰減的問題。借鑒此種方法，量子通訊中可以利用量子中繼器來實現(xiàn)遠(yuǎn)程量子通訊。
　　 量子中繼器最

2、早于1998年由Briegel等科學(xué)家提出，其核心思想是借助量子態(tài)的相干特性實現(xiàn)對信息的量子存儲及釋放。光子由于其傳播速度快且不易受外界環(huán)境干擾等優(yōu)點，其可以作為量子中繼器中傳播信息的載體;原子系綜由于其存在集體激發(fā)增強效應(yīng)和較長的退相干時間，其可以作為實現(xiàn)光量子信息理想的存儲介質(zhì)。
　　 目前基于原子系綜實現(xiàn)量子存儲常用的方案有基于EIT效應(yīng)、大失諧雙光子拉曼過程等?；谠酉稻C內(nèi)光與多能級原子相互作用，實現(xiàn)對某個特定光的提取

3、，是基于原子系綜實現(xiàn)光存儲的一個重要問題。例如基于大失諧雙光子拉曼過程實現(xiàn)量子存儲的實驗中，為了探測微弱的信號光，必須將光強較強且頻率與信號光相差GHz的寫/讀激光脈沖以及由寫/讀激光脈沖導(dǎo)致的熒光背景從信號光脈沖中濾除，此時濾波器對整個實驗的成敗起到了關(guān)鍵性的作用。通常所用的薄膜干涉濾光片其帶寬較寬(～100GHz)，對于窄帶寬的激光信號，人們采用激光泵浦的原子氣室、共焦F-P腔以及合理設(shè)計的塊狀法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具作為濾波器濾除不想要

4、的光。
　　 本論文圍繞用于原子系綜實現(xiàn)量子存儲中的濾波器進(jìn)行研究，主要分為以下幾個方面:
　　 1、對幾種常用光學(xué)濾波器包括棱鏡濾波器、光柵衍射濾波器、原子濾波器、F-P標(biāo)準(zhǔn)具濾波器工作原理等相關(guān)知識以及濾波器在基于原子系綜實現(xiàn)量子存儲中的應(yīng)用作簡要介紹。
　　 2、基于將兩個頻率相差～GHz的光信號成分中的一個濾除，從而有效探測另一個成分為目的，對基于光泵浦效應(yīng)的銫原子濾波器其探測光透射率隨泵浦光光強以及與銫

5、原子蒸氣室內(nèi)溫度的變化關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的理論研究以及實驗測量。進(jìn)而為有效避免由銫泡壁反射的泵浦光對微弱探測光的影響，實驗中分別采用空心泵浦光以及實心泵浦光方案進(jìn)行研究，并對實驗結(jié)果進(jìn)行了比較。
　　 3、標(biāo)準(zhǔn)具具有高抑制比，共振透射頻率可調(diào)諧等特性，能夠更廣泛應(yīng)用于原子系綜實現(xiàn)量子存儲的實驗中，我們利用標(biāo)準(zhǔn)具多光束干涉原理，合理設(shè)計了一種控溫穩(wěn)定、共振透射頻率可調(diào)諧的Etalon濾波器。進(jìn)而對濾波器共振透射頻率與溫度的關(guān)系以及溫度

6、一定時透射率隨激光頻率的關(guān)系進(jìn)行理論計算及實驗測量。由于單片標(biāo)準(zhǔn)具其抑制比只能達(dá)到～27dB，對于探測單光子量級激光信號其抑制比遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠需要更高抑制比的濾波器，我們采用將原子濾波器和控溫Etalon標(biāo)準(zhǔn)具相結(jié)合的方式以獲得更高抑制比。利用標(biāo)準(zhǔn)具共振透射頻率可調(diào)諧特性，將其擴展到激光器穩(wěn)頻環(huán)路中，成功實現(xiàn)了對半導(dǎo)體激光器頻率的鎖定。
　　 4、簡要介紹原子濾波器及控溫Etalon濾波器在基于EIT過程以及基于大失諧雙光子拉曼過程實