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Acta Sinica Quantum Optica

利用非线性干涉仪测量频率大失谐光子对的量子关联特性

付秀萍 Xiu-ping FU, 严浩 Hao YAN, 崔亮 Liang CUI, 李小英 Xiao-ying LI

Published Jan 1, 2025• 0 citations
Publisher

Abstract

非线性干涉仪借助非线性参量过程实现光场的分束与合束，具有独特的输出特性，已被广泛应用于量子测量、量子传感、量子成像等领域。尤其是利用非线性干涉仪输出信号和闲频光场的等价性，仅使用一个单光子探测器即可实现对两个关联光场在模式匹配和时域相干性等方面的表征，从而降低了对待测波段探测器的硬性要求。本文利用光子晶体光纤搭建了迈克尔逊型非线性干涉仪，其中信号光场和闲频光场分别位于1 550 nm红外光通信波段和776 nm红光波段，两者频率差约193 THz。实验中使用一个单光子探测器测量干涉仪输出的闲频光场，当调整信号光场延时或遮挡信号光时，在闲频光场中观测到干涉可见度的改变。实验结果佐记了基于光子晶体光纤的频率大失谐非线性干涉仪在红外量子测量等应用中的可行性。

DOI
10.3788/jqo20253104.0101

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高性能超导相变边缘单光子探测器（特邀）

李佩展 LI Peizhan, Jiaqiang Zhong, 张文 ZHANG Wen +7 more

研究了钛膜的特性及调控机制，通过烘烤后处理工艺分析了临界温度随烘烤时间和烘烤温度的变化关系，发现临界温度随烘烤时间对数降低，但是随烘烤温度指数降低。拓展了二流体模型提取了超导相变边缘单光子探测器的温度灵敏度系数和电流灵敏度系数，并结合脉冲响应得到了器件的热容，进一步理论计算了能量分辨率对器件临界温度的依存性。最终，在器件制备过程中集成光学腔体，在1 550 nm波长的光子吸收效率接近100%。研制的超导相变边缘单光子探测器系统探测效率超过90%，能量分辨率约为0.5 eV，可分辨至少10个1 550 nm光子，满足快速时变天体的观测需求。

ACTA PHOTONICA SINICA•Jan 1, 2023•1 citation

Optical quantum storage of cold atomic ensemble controlled by magnetic field

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光量子存储器在量子计算、量子传感、量子通信等领域有非常重要的地位。冷原子系统因其优异的量子相干特性、可控性和极佳的弱光场处理能力，成为实现高质量光量子态存储的重要平台之一。其中雪茄型结构的冷原子系综由于其光学深度可达 100 以上而具备高效的存储性能。然而外界不均匀的剩余磁场，使其存储寿命在实用过程中受到了极大地限制。本文研究了由囚禁线圈关断残余及环境涡旋电流产生的非均匀磁场引发的原子自旋退相干问题。理论和实验表明，直流磁场能提供量子化轴而且可抑制非均匀磁场的影响，并调控自旋退相干与重相干周期。进一步地，本文演示了在磁子能级的光学泵浦过程中泵浦光功率可有效控制原子布居占比，从而精准控制退相干和重相干发生的强度。基于以上磁场调控结果，本文提出了一种双时间点的光子纠缠态的产生、存储和测量方案。基于冷原子系综制备的光子对是窄线宽的，其在时间点上编码的光子纠缠态在长距离传输中更稳定。利用外加磁场的方式调控原子自旋波退相干重相干的周期时间，可以选择性地将双时间点的原子自旋波转化为对应时间的读光子，从而构建正交的时间点测量基矢。

Acta Physica Sinica•Dec 19, 2025•0 citations

用于压缩态产生的低损耗氮化硅微环谐振腔制备及测试

白捷仁 Jieren BAI, 周笑艳 Xiaoyan ZHOU, Xueshi Guo +2 more

集成光子芯片为压缩态光场的产生提供了一个可靠和易于扩展的平台。基于低损耗氮化硅微环谐振腔的四波混频过程是产生压缩态光场的重要途径。本文基于氮化硅材料平台，优化了高质量氮化硅薄膜的制备工艺和微环谐振腔的加工过程，制备出多种尺寸和结构的低损耗氮化硅微环谐振腔。通过搭建的测试系统，系统分析了这些微环谐振腔的透射率、耦合状态和品质因子。实验结果表明，所制备的微环谐振腔具有稳定的本征品质因子，其中横截面尺寸为2000 nm′290 nm微环谐振腔的本征品质因子可达1.5′106，对应的波导传输损耗约为0.23 dB/cm。理论计算表明，该结构最优能够产生片上约9 dB的压缩态光场，当考虑总检测效率为40%时，预估可以直接观察到2 dB的压缩态。该研究为片上产生高质量的连续变量压缩态提供了实验基础。

Acta Sinica Quantum Optica•Jan 1, 2025•0 citations

Noise temperature of an NbN hot-electron bolometric mixer at frequencies from 0.7 THz to 5.2 THz

Josef Schubert, Alexei D. Semenov, Gregory N Gol'tsman +4 more

We report on noise temperature measurements of an NbN phonon-cooled hot-electron bolometric mixer in the terahertz frequency range. The devices were 3 nm thick films with in-plane dimensions 1.7 × 0.2 µm 2 and 0.9 × 0.2 µm 2 integrated in a complementary logarithmic-spiral antenna. Measurements were performed at seven frequencies ranging from 0.7 THz to 5.2 THz. The measured DSB noise temperatures are 1500 K (0.7 THz), 2200 K (1.4 THz), 2600 K (1.6 THz), 2900 K (2.5 THz), 4000 K (3.1 THz), 5600 K (4.3 THz) and 8800 K (5.2 THz).

Superconductor Science and Technology•Nov 1, 1999•6 citations

用于冷原子实验的一维折射型光束扫描系统

冯涛 Feng Tao, 杨鹏飞 Yang Pengfei, 范青 Fan Qing +4 more

利用可旋转楔形棱镜（振镜）的光折射效应，实现一维受控的高精度光束扫描系统，并将其用于产生移动的光学偶极阱系统，能够使冷原子在空间内实现大范围绝热转移。光学偶极阱由一束准直的大功率1064 nm激光通过透镜强聚焦形成，其束腰半径为（21.9±0.4） μm。通过设计振镜与透镜之间的距离以及控制振镜的偏转角度，能够使偶极阱束腰在一维方向上实现高精度可控移动，通过设计偶极阱束腰位置移动的加速度形式，能够使偶极阱在22.5 ms内绝热移动7 mm。在平移过程中，光学偶极阱功率起伏为±3.45%，束腰位置在垂直于移动方向上的起伏为共焦参数的±1.7%。利用该系统，可以在30 ms内将原子转移5 mm，原子转移效率大于90.0%，温度变化小于5 μK；当转移时间为45 ms时，原子转移效率达（99.6±4.6）%。通过改善电机响应，最快可在10 ms 内将原子绝热地转移1 mm，原子转移效率为（94.3±3.6）%。该光束扫描系统具有通光孔径大（高斯直径>10 mm）、光损耗极小、噪声低和在移动过程中光频率不变化等优势，能够广泛应用于冷原子及单原子阵列实验中的原子转移和寻址。

Acta Optica Sinica•Jan 1, 2024•1 citation

NOISE TEMPERATURE AND SENSITIVITY OF A NbN HOT-ELECTRON MIXER AT FREQUENCIES FROM 0.7 THz TO 5.2 THz

Josef Schubert, Alexei D. Semenov, Gregory N Gol'tsman +4 more

We report on noise temperature measurements of a NbN phonon-cooled hotelectron bolometric mixer at different bias regimes. The device was a 3 nm thick bridge with in-plane dimensions of 1.7 x 0.2 gm 2 integrated in a complementary logarithmic spiral antenna. Measurements were performed at frequencies ranging from 0.7 THz up to 5.2 THz. The measured DSB noise temperatures are 1500 K (0.7 THz), 2200 K (1.4 THz), 2600 K (1.6 THz), 2900 K (2.5 THz), 4000 K (3.1 THz) 5600 K (4.3 THz) and 8800 K (5.2 THz). Two bias regimes are possible in order to achieve low noise temperatures. But only one of them yields sensitivity fluctuations close to the theoretical limit.

•Mar 1, 1999•1 citation
非线性干涉仪借助非线性参量过程实现光场的分束与合束，具有独特的输出特性，已被广泛应用于量子测量、量子传感、量子成像等领域。尤其是利用非线性干涉仪输出信号和闲频光场的等价性，仅使用一个单光子探测器即可实现对两个关联光场在模式匹配和时域相干性等方面的表征，从而降低了对待测波段探测器的硬性要求。本文利用光子晶体光纤搭建了迈克尔逊型非线性干涉仪，其中信号光场和闲频光场分别位于1 550 nm红外光通信波段和776 nm红光波段，两者频率差约193 THz。实验中使用一个单光子探测器测量干涉仪输出的闲频光场，当调整信号光场延时或遮挡信号光时，在闲频光场中观测到干涉可见度的改变。实验结果佐记了基于光子晶体光纤的频率大失谐非线性干涉仪在红外量子测量等应用中的可行性。
研究了钛膜的特性及调控机制，通过烘烤后处理工艺分析了临界温度随烘烤时间和烘烤温度的变化关系，发现临界温度随烘烤时间对数降低，但是随烘烤温度指数降低。拓展了二流体模型提取了超导相变边缘单光子探测器的温度灵敏度系数和电流灵敏度系数，并结合脉冲响应得到了器件的热容，进一步理论计算了能量分辨率对器件临界温度的依存性。最终，在器件制备过程中集成光学腔体，在1 550 nm波长的光子吸收效率接近100%。研制的超导相变边缘单光子探测器系统探测效率超过90%，能量分辨率约为0.5 eV，可分辨至少10个1 550 nm光子，满足快速时变天体的观测需求。
光量子存储器在量子计算、量子传感、量子通信等领域有非常重要的地位。冷原子系统因其优异的量子相干特性、可控性和极佳的弱光场处理能力，成为实现高质量光量子态存储的重要平台之一。其中雪茄型结构的冷原子系综由于其光学深度可达 100 以上而具备高效的存储性能。然而外界不均匀的剩余磁场，使其存储寿命在实用过程中受到了极大地限制。本文研究了由囚禁线圈关断残余及环境涡旋电流产生的非均匀磁场引发的原子自旋退相干问题。理论和实验表明，直流磁场能提供量子化轴而且可抑制非均匀磁场的影响，并调控自旋退相干与重相干周期。进一步地，本文演示了在磁子能级的光学泵浦过程中泵浦光功率可有效控制原子布居占比，从而精准控制退相干和重相干发生的强度。基于以上磁场调控结果，本文提出了一种双时间点的光子纠缠态的产生、存储和测量方案。基于冷原子系综制备的光子对是窄线宽的，其在时间点上编码的光子纠缠态在长距离传输中更稳定。利用外加磁场的方式调控原子自旋波退相干重相干的周期时间，可以选择性地将双时间点的原子自旋波转化为对应时间的读光子，从而构建正交的时间点测量基矢。
集成光子芯片为压缩态光场的产生提供了一个可靠和易于扩展的平台。基于低损耗氮化硅微环谐振腔的四波混频过程是产生压缩态光场的重要途径。本文基于氮化硅材料平台，优化了高质量氮化硅薄膜的制备工艺和微环谐振腔的加工过程，制备出多种尺寸和结构的低损耗氮化硅微环谐振腔。通过搭建的测试系统，系统分析了这些微环谐振腔的透射率、耦合状态和品质因子。实验结果表明，所制备的微环谐振腔具有稳定的本征品质因子，其中横截面尺寸为2000 nm′290 nm微环谐振腔的本征品质因子可达1.5′106，对应的波导传输损耗约为0.23 dB/cm。理论计算表明，该结构最优能够产生片上约9 dB的压缩态光场，当考虑总检测效率为40%时，预估可以直接观察到2 dB的压缩态。该研究为片上产生高质量的连续变量压缩态提供了实验基础。
We report on noise temperature measurements of an NbN phonon-cooled hot-electron bolometric mixer in the terahertz frequency range. The devices were 3 nm thick films with in-plane dimensions 1.7 × 0.2 µm 2 and 0.9 × 0.2 µm 2 integrated in a complementary logarithmic-spiral antenna. Measurements were performed at seven frequencies ranging from 0.7 THz to 5.2 THz. The measured DSB noise temperatures are 1500 K (0.7 THz), 2200 K (1.4 THz), 2600 K (1.6 THz), 2900 K (2.5 THz), 4000 K (3.1 THz), 5600 K (4.3 THz) and 8800 K (5.2 THz).
利用可旋转楔形棱镜（振镜）的光折射效应，实现一维受控的高精度光束扫描系统，并将其用于产生移动的光学偶极阱系统，能够使冷原子在空间内实现大范围绝热转移。光学偶极阱由一束准直的大功率1064 nm激光通过透镜强聚焦形成，其束腰半径为（21.9±0.4） μm。通过设计振镜与透镜之间的距离以及控制振镜的偏转角度，能够使偶极阱束腰在一维方向上实现高精度可控移动，通过设计偶极阱束腰位置移动的加速度形式，能够使偶极阱在22.5 ms内绝热移动7 mm。在平移过程中，光学偶极阱功率起伏为±3.45%，束腰位置在垂直于移动方向上的起伏为共焦参数的±1.7%。利用该系统，可以在30 ms内将原子转移5 mm，原子转移效率大于90.0%，温度变化小于5 μK；当转移时间为45 ms时，原子转移效率达（99.6±4.6）%。通过改善电机响应，最快可在10 ms 内将原子绝热地转移1 mm，原子转移效率为（94.3±3.6）%。该光束扫描系统具有通光孔径大（高斯直径>10 mm）、光损耗极小、噪声低和在移动过程中光频率不变化等优势，能够广泛应用于冷原子及单原子阵列实验中的原子转移和寻址。
We report on noise temperature measurements of a NbN phonon-cooled hotelectron bolometric mixer at different bias regimes. The device was a 3 nm thick bridge with in-plane dimensions of 1.7 x 0.2 gm 2 integrated in a complementary logarithmic spiral antenna. Measurements were performed at frequencies ranging from 0.7 THz up to 5.2 THz. The measured DSB noise temperatures are 1500 K (0.7 THz), 2200 K (1.4 THz), 2600 K (1.6 THz), 2900 K (2.5 THz), 4000 K (3.1 THz) 5600 K (4.3 THz) and 8800 K (5.2 THz). Two bias regimes are possible in order to achieve low noise temperatures. But only one of them yields sensitivity fluctuations close to the theoretical limit.