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Laser & Optoelectronics Progress

腔增强铯原子系综四波混频过程（特邀）

杨静琨 Yang Jingkun, 武晓蔚 Wu Xiaowei, 马荣 Ma Rong, 王美红 Wang Meihong, 苏晓龙 Su Xiaolong

Published Jan 1, 2025• 1 citation
Publisher

Abstract

基于铯原子系综四波混频过程制备的强度差压缩态光场具有波长与铯原子跃迁线匹配和空间多模的优势，在量子信息领域具有重要应用。然而，通过铯原子四波混频过程制备高压缩度的压缩态光场通常需要较高的泵浦光功率和原子池温度，这限制了其应用。本研究结合六镜环形光学谐振腔和铯原子系综，使泵浦光在光学谐振腔内实现单共振，同时让探针光和共轭光单次穿过光学谐振腔，有效提高了泵浦光的利用率，进而实现了腔增强的铯原子四波混频过程，从而显著降低了其对泵浦光功率和原子池温度的要求。实验结果表明，当获得的强度差压缩度为-6 dB时，相比于无腔四波混频过程，腔增强四波混频过程所需的泵浦光功率由600 mW降低至340 mW，并且原子池温度由109 ℃降低至98 ℃。研究结果为发展低功耗、空间多模量子光源提供了新方案，对于促进原子系综四波混频过程的应用具有重要意义。

DOI
10.3788/lop250795

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贝塞尔分布孪生光束的制备及其自愈特性研究

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孪生光束是一种明亮的纠缠光束，在量子信息领域具有重要应用。空间结构为贝塞尔分布的光束具有自愈特性，遇到障碍物后能够恢复其贝塞尔分布特性。提出并实现了一种阈值仅为60 mW的低阈值非简并光学参量振荡器。基于工作在阈值以上的非简并光学参量振荡器，实验产生功率为8 mW、强度差压缩为5.1 dB的高斯分布孪生光束。随后，使用贝塞尔光束转换器产生了强度差压缩为5 dB的零阶贝塞尔分布孪生光束。进一步研究了该贝塞尔分布孪生光束经过障碍物后的自愈特性。结果表明，虽然贝塞尔孪生光束的空间分布能够恢复，但是障碍物引入的损耗使得强度差压缩降低。该研究结果为基于贝塞尔分布孪生光束的应用研究提供了参考。

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光放大技术通过增强光传输信号强度，克服光纤/空间激光通信链路传输中的损耗，是光通信领域的核心技术之一。然而，包括掺铒光纤放大器等在内的多数光放大器均为相位不敏感型光放大器，受限于3 dB的量子噪声极限，限制了长距离通信的信噪比提升和通信质量。相比之下，相位敏感光参量放大技术利用非线性光学混频的原理，不仅能够将光放大噪声系数降至0 dB，同时兼顾较好的增益，在优化通信性能、延长通信距离、全光信号处理等方面均有不俗表现，有望推动光通信技术的进一步发展。文中对相位敏感光参量放大技术进行了介绍，并展望了其在光通信领域中的潜在应用前景。

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红外波段偏振纠缠光源的制备与性能研究

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利用二阶非线性效应的自发参量下转换技术搭建偏振纠缠光源是目前实验中制备偏振纠缠光子对常用的方法之一，产生的偏振纠缠光子对分别被称为信号光子和闲置光子，它们具有特定的空间和频率关联性，使得量子密码学和量子通信等新技术的出现成为可能。本文理论分析了在周期极化磷酸氧钛钾晶体中进行准相位匹配参量下转换过程时，晶体的极化周期与温度对下转换光的波长的影响，并实验搭建了一套基于Ⅱ类准相位匹配周期极化磷酸氧钛钾晶体参量下转换过程制备的近红外波段偏振纠缠光源，对实验中的光学路径以及数据采集方案进行了详细而系统的描述，并对偏振纠缠光源制备过程中的核心问题之一，即光源产生的偏振纠缠光子对的纠缠品质如何进行了讨论研究。实验结果表明，本实验所搭建的近红外波段偏振纠缠光源在偏振测量基分别为|H〉V〉和|+〉−〉时，偏振纠缠光子对的干涉可见度可分别达到96.19%和95.28%，Bell不等式违背超过9个标准差，可以用作进一步的量子实验研究光源。

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新型固体材料中的单光子源：从调控到集成（特邀）

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固体材料中的单光子源是利用固态材料中的点缺陷或激子产生单光子辐射的一种量子光源，这类光源具有高稳定性、易于操作、高集成度和高效率等优点，在量子信息处理、量子传感和量子光学等领域具有广泛的应用前景。本文首先对不同类型的新型固态材料中的单光子源进行分类介绍和优劣比较，并重点探讨调控单光子源性能的常见方法和技术，包括应力工程、温度调控、电场调谐和表面等离激元耦合等。然后介绍了新型固体材料中单光子源在集成光芯片方面的最新进展与挑战，以及在量子通信、量子计算和量子密钥分发等方面的应用实例。最后总结了该研究领域目前存在的挑战和未来的发展方向，旨在为读者提供关于新型固态材料单光子源的全面而简明的概述。

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硅基光栅型法布里珀罗-微环耦合谐振腔的传输特性

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本文针对一种由微环谐振腔与法布里-珀罗腔耦合构成的集成结构，开展了传输光谱特性的理论与实验研究。该结构通过在单边耦合型微环的直波导中引入光栅反射镜形成法布里-珀罗腔，在双谐振结构中实现了新颖的多腔耦合传输谱形。成功建立系统理论模型后，分析了多腔耦合传输谱形出现的条件并进行了器件参数优化。在硅基芯片上成功制备了光栅型法布里珀罗-微环耦合谐振腔器件，首次观测到与理论预测一致的多腔耦合传输谱形，包括嵌套类电磁感应透明和双法诺共振线形。实验结果表明，在3.43 dB/cm的波导损耗条件下，电磁感应透明的中心峰可实现1.40×104的品质因子,双法诺共振的斜率最高可达到37.70 dB/nm。研究结果为集成光子耦合谐振系统的机理理解提供了新视角，并为实现高集成度、高性能的光子器件平台提供了可行技术路径，在高灵敏光学传感、窄带滤波及高速调制等领域具有重要的应用潜力。

Chinese Optics•Jan 1, 2026•0 citations

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研究了基于里德堡原子电磁诱导透明效应的耦合光一维驻波场增强的微波电场传感。利用模式匹配反射光场，在高增透镀膜的铯原子气室中形成了里德堡原子三能级体系中耦合光的一维驻波场，并在此基础上进行了幅度调制微波电场测量。实验结果表明，在不额外增加耦合光激光器输出功率的情况下，一维耦合光驻波场导致了耦合光功率的相干增强，电磁诱导透明光谱强度和线宽都显著增加。详细比较了一维驻波场增强与直接增加耦合光功率在测量不同功率微波时的表现，结果表明在较低微波功率下一维驻波场增强测量微波频率信噪比提升约4 dB，瞬时带宽增加1.38倍，同时频率响应曲线更为平坦；在较高微波功率条件下，无驻波场存在的微波响应曲线呈现出明显的双峰形态，而一维驻波场的形成可有效消除双峰特征，表现为平坦响应特征。研究结果对实现低功耗、频率响应曲线平坦、自校准微波电场测量传感器具有重要的参考价值。

ACTA PHOTONICA SINICA•Jan 1, 2023•1 citation
基于铯原子系综四波混频过程制备的强度差压缩态光场具有波长与铯原子跃迁线匹配和空间多模的优势，在量子信息领域具有重要应用。然而，通过铯原子四波混频过程制备高压缩度的压缩态光场通常需要较高的泵浦光功率和原子池温度，这限制了其应用。本研究结合六镜环形光学谐振腔和铯原子系综，使泵浦光在光学谐振腔内实现单共振，同时让探针光和共轭光单次穿过光学谐振腔，有效提高了泵浦光的利用率，进而实现了腔增强的铯原子四波混频过程，从而显著降低了其对泵浦光功率和原子池温度的要求。实验结果表明，当获得的强度差压缩度为-6 dB时，相比于无腔四波混频过程，腔增强四波混频过程所需的泵浦光功率由600 mW降低至340 mW，并且原子池温度由109 ℃降低至98 ℃。研究结果为发展低功耗、空间多模量子光源提供了新方案，对于促进原子系综四波混频过程的应用具有重要意义。
孪生光束是一种明亮的纠缠光束，在量子信息领域具有重要应用。空间结构为贝塞尔分布的光束具有自愈特性，遇到障碍物后能够恢复其贝塞尔分布特性。提出并实现了一种阈值仅为60 mW的低阈值非简并光学参量振荡器。基于工作在阈值以上的非简并光学参量振荡器，实验产生功率为8 mW、强度差压缩为5.1 dB的高斯分布孪生光束。随后，使用贝塞尔光束转换器产生了强度差压缩为5 dB的零阶贝塞尔分布孪生光束。进一步研究了该贝塞尔分布孪生光束经过障碍物后的自愈特性。结果表明，虽然贝塞尔孪生光束的空间分布能够恢复，但是障碍物引入的损耗使得强度差压缩降低。该研究结果为基于贝塞尔分布孪生光束的应用研究提供了参考。
光放大技术通过增强光传输信号强度，克服光纤/空间激光通信链路传输中的损耗，是光通信领域的核心技术之一。然而，包括掺铒光纤放大器等在内的多数光放大器均为相位不敏感型光放大器，受限于3 dB的量子噪声极限，限制了长距离通信的信噪比提升和通信质量。相比之下，相位敏感光参量放大技术利用非线性光学混频的原理，不仅能够将光放大噪声系数降至0 dB，同时兼顾较好的增益，在优化通信性能、延长通信距离、全光信号处理等方面均有不俗表现，有望推动光通信技术的进一步发展。文中对相位敏感光参量放大技术进行了介绍，并展望了其在光通信领域中的潜在应用前景。
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固体材料中的单光子源是利用固态材料中的点缺陷或激子产生单光子辐射的一种量子光源，这类光源具有高稳定性、易于操作、高集成度和高效率等优点，在量子信息处理、量子传感和量子光学等领域具有广泛的应用前景。本文首先对不同类型的新型固态材料中的单光子源进行分类介绍和优劣比较，并重点探讨调控单光子源性能的常见方法和技术，包括应力工程、温度调控、电场调谐和表面等离激元耦合等。然后介绍了新型固体材料中单光子源在集成光芯片方面的最新进展与挑战，以及在量子通信、量子计算和量子密钥分发等方面的应用实例。最后总结了该研究领域目前存在的挑战和未来的发展方向，旨在为读者提供关于新型固态材料单光子源的全面而简明的概述。
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研究了基于里德堡原子电磁诱导透明效应的耦合光一维驻波场增强的微波电场传感。利用模式匹配反射光场，在高增透镀膜的铯原子气室中形成了里德堡原子三能级体系中耦合光的一维驻波场，并在此基础上进行了幅度调制微波电场测量。实验结果表明，在不额外增加耦合光激光器输出功率的情况下，一维耦合光驻波场导致了耦合光功率的相干增强，电磁诱导透明光谱强度和线宽都显著增加。详细比较了一维驻波场增强与直接增加耦合光功率在测量不同功率微波时的表现，结果表明在较低微波功率下一维驻波场增强测量微波频率信噪比提升约4 dB，瞬时带宽增加1.38倍，同时频率响应曲线更为平坦；在较高微波功率条件下，无驻波场存在的微波响应曲线呈现出明显的双峰形态，而一维驻波场的形成可有效消除双峰特征，表现为平坦响应特征。研究结果对实现低功耗、频率响应曲线平坦、自校准微波电场测量传感器具有重要的参考价值。