运用“受激拉曼绝热通道”制备多能级Λ系统相干原子叠加态

提出一种运用“受激拉曼绝热通道”技术制备在多个中间态的Λ系统中多个末态相干叠加的方案.如果保证泵浦脉冲和斯托克斯脉冲的顺序与普通STIRAP技术中的一致，则通过控制斯托克斯脉冲和泵浦脉冲强度可实现多能级系统的任意叠加态.同时这种方法我们给出了用氖原子进行实验验证的方案.     

运用受激拉曼绝热通道技术制备多能级Λ系统相干原子叠加态

我们提出了一种方案通过受激拉曼绝热通道技术实现在中间态是单态的Λ系统的多末态的叠加。让斯托克斯激光和泵浦激光保持STIRAP的顺序,只要控制斯托克斯激光和泵浦激光的强度就可以实现多能及系统的任意末态的叠加。     

在多能级Λ系统中基于受激拉曼绝热通道制备叠加态的研究

用相干激光脉冲耦合单激发态和多个亚稳态和基态的多能级的Λ型系统中，引入了一个两能级的转动群来简化多能级系统，转动后就只有一个末态与激发态相互作用.这样多能级系统就简化为一个简单的四能级系统，在四能级系统中可以制备出任意的初态和末态的叠加态.当所有的斯托克斯脉冲都相等时就得到一个等量的叠加态.最后用数值计算验证分析结果正确.     

二能级和Λ型三能级系统中粒子布居的完全转移

采用缀饰态理论和能级交叉技术,分析了二能级和Λ型三能级系统的Stark快速绝热过程(Stark-Chirped Rapid Adiabatic Passage,简称SCRAP).SCRAP过程使用了两束激光脉冲,一束为近共振的泵浦脉冲,把粒子从基态驱动到激发态;另一束为远离共振的强Stark脉冲,它调节两能态之间的玻尔频率,使其与泵浦跃迁频率达到共振,产生两个交叉点.结果表明,适当选择脉冲间的延迟时间,可使泵浦脉冲在一个交叉点周围足够强,在另一个交叉点周围足够弱,粒子从基态转移到激发态的效率可以达到最大值1.     

二能级和∧型三能级系统中粒子布居的完全转移

采用缀饰态理论和能级交叉技术，分析了二能级和∧型三能级系统的Stark快速绝热过程（Stark-Chirped Rapid Adiabatic Passage，简称SCRAP），SCRAP过程使用了两束激光脉冲，一束为近共振的泵浦脉冲，把粒子从基态驱动到激发态；另一束为远离共振的强Stark脉冲，它调节两能态之间的玻尔频率，使其与泵浦跃迁频率达到共振，产生两个交叉点．结果表明，适当选择脉冲间的延迟时间，可使泵浦脉冲在一个交叉点周围足够强，在另一个交叉点周围足够弱，粒子从基态转移到激发态的效率可以达到最大值1。     

泵浦光中有效频段对CARS信号选择激发作用的实验分析

运用基于遗传算法的自适应飞秒脉冲整形技术,实现了苯(C6H6,992 cm-1)和氘代苯(C6D6,945 cm-1)混合溶液中相干反斯托克斯(CARS)信号峰高分辨率的选择激发.谐波频率分辨光学开关(SHG-FROG)痕迹显示出飞秒CARS的选择激发主要是通过对泵浦光中与某待测振动模式相对应的有效频段的裁剪来实现的.通过在傅立叶平面对泵浦光进行频谱裁剪进一步在实验上验证了这一结论.该项研究成果对于进一步提高遗传算法搜索效率提供了重要思路.对于复杂分子系统飞秒CARS的选择激发研究具有深远意义.     

基于多光子叠加态的交叉相位调制耦合参数测量

继纠缠之后,粒子间相互作用已成为量子增强的重要资源.在不利用纠缠资源的前提下,已有研究工作利用单光子叠加态与相干态的相互作用实现了精度为海森堡极限的参数测量,然而海森堡极限并不是这个相互作用模型的测量精度极限.为了得到更高的测量精度,将单光子叠加态替换为多光子叠加态,在弱测量框架下对信号光量子态进行后选择与量子态筛选.将单光子叠加态替换为多光子叠加态,能为测量结果带来全方位提升.提出基于多光子叠加态的交叉相位调制耦合参数测量的物理方案,该物理方案具有搭建难度低及操作简单的优点.     

多个囚禁离子纠缠态的制备

提出了一个制备任意多个囚禁离子叠加运动相干态的方案.制备的叠加运动相干态在位相空间呈一直线分布,该方案能用来制备任意多个囚禁离子的最大纠缠GHZ态.方案中仅使用了一束驻波光,驻波光的载波频率使得离子发生跃迁,而所有离子同时所处的位置可以不限于激光的波腹而处在任意位置.这能给实验带来许多便利,同时,只要选择激光的Rabi频率足够大,相应的操作时间可以足够短.     

应用Bell态叠加态的量子稠密编码方案及其核磁共振实现

提出了应用Bell态叠加态的量子稠密编码方案. 广义Grover算法用于制备初始纠缠态, 算法的逆运算用于实现解码过程的纠缠态测量. 与已有的量子稠密编码方案相比, 方案中使用了Bell态之外的其他纠缠态. 在核磁共振量子计算机上演示了我们的方案, 得到了相应的操作. 实验结果与理论预期一致. 借助1个2态辅助系统, 提出了可传递8个信息的方案.     

脉冲和连续激光双光束对嗜盐菌视紫红质膜的瞬态动力学研究

采用自行设计的“染料脉冲泵浦＋连续泵浦－探测光”的实验系统,用几种不同波长的脉冲光和连续光研究了在两束光共同作用下,细菌视紫红质膜（BR）各能态光瞬态吸收动力学过程,以及光吸收信号与两束光波长和强度的关系。     

被动锁模光纤激光器中窄带滤波器对多脉冲产生的影响研究

通过实验研究了在被动锁模掺铒光纤环形激光器中加入窄带滤波器对多脉冲产生的影响.在激光器的腔内插入一个窄带光纤布拉格光栅（FBG）,限制激射带宽,可以在低阈值的情况下产生多脉冲.多脉冲的个数取决于泵浦功率的设置,激光器输出脉冲的个数可以分立可调.另外,实验中也观察到多脉冲的混沌态.数值模拟进一步证实了实验结果.实验表明,窄带滤波器可以加强多脉冲的产生,这有助于进一步理解光纤激光器中多脉冲的形成机制.     

态|ψ(3)〉q的广义非线性Nj-H"半相干态"效应

利用多模压缩态理论,研究了一种新型的三态叠加多模叠加态光场|ψ (3)〉q的不等幂次Nj-H"半相干态"效应.结果发现在一定条件下,态|ψ (3)〉q可呈现出周期性变化的的不等幂次Nj-H"半相干态"效应.     

光子晶体光纤中反斯托克斯效应的实验研究

在对自行设计的光纤进行实验研究的过程中,通过逐渐增加泵浦脉冲的中心波长λD发现随着λD逐渐接近零色散波长λD,在一系列非线性效应的作用下泵谱脉冲的频谱逐渐展宽,同时其转化效率也逐渐增加,在短波段的反斯托克斯波的强度也逐渐增加.尤其当λD等于λD时,反斯托克斯波达到最强,说明此时相位匹配的很好,致使四波混频效应最为显著.而当λD逐渐远离λD时,在频谱宽度逐渐减小的同时,泵谱转化效率也逐渐降低.当λD为860 nm时,反斯托克斯波几乎消失,这允分说明泵谱中心波长λD在频率转换过程中的显著影响.     

光波偏振态的静态测量研究

通过测量目标辐射或反射、散射的光波偏振态,能够在基于强度、光谱等目标探测的基础上利用偏振信息提高目标识别概率,因此已经开发出很多关于光波偏振态的测量系统。针对传统的光波偏振态测量系统难以应对光波偏振态快速稳定测量的挑战,利用铌酸锂晶体作为相位延迟器,利用其电光调制特性,通过加载四个不同的外加电压实现对待测光波的相位调制,从而对应探测器上获得不同的光强值,通过相关数据处理可计算出待测光波的斯托克斯参数,并以此表示待测光波的偏振态,该方案具有静态测量、响应速度高的特点。光波偏振态实验测量结果表明,待测光波斯托克斯参数的偏差不超过±3%,能够比较准确地反映表示被测光波偏振态的斯托克斯参数,证明了方案的可行性。     

基于Tellurite光纤的受激布里渊散射慢光数值模拟

利用受激布里渊散射对Tellurite光纤实现慢光进行数值研究.通过数值模拟得到在小信号以及增益饱和情况下,斯托克斯脉冲的时间延迟和脉冲展宽随增益的变化关系;同时模拟了在固定的增益参数下,时间延迟及脉冲展宽随斯托克斯峰值功率的变化关系.结果表明由于Tellurite光纤具有较高的增益系数,可以有效减少增益饱和对斯托克斯脉冲的时间延迟的限制并且具有较大的延迟时间,同时表明较高的斯托克斯峰值功率也是造成增益饱和的重要原因.     

相互耦合法实现光学二次谐波系统混沌同步

提出了利用相互耦合法实现恒定泵浦场二次谐波系统混沌控制和同步的方法.利用相互耦合法,选择合适的耦合系数可以实现两个不同的初始条件下二次谐波系统的混沌周期态同步.数值计算结果表明,在一定的泵浦强度下,这两个二次谐波系统尽管初始条件不同,在确定的参数范围内,通过调整相互耦合系数,可以将两个系统从混沌状态控制到周期同步态.这种方法为实现多个二次谐波系统和高次谐波系统的混沌控制和同步打下了良好的基础,对混沌保密通信工作具有重要的意义.     

脉冲沿不同方向入射时的脉冲俘获现象研究

数值模拟分析了泵浦脉冲和信号脉冲分别沿快轴和慢轴入射到一种高双折射光子晶体光纤时,泵浦脉冲入射条件对脉冲俘获效应的影响.结果表明:选择合适的时域中心延迟可以得到最佳的脉冲俘获效果;增加泵浦脉冲的峰值功率,泵浦脉冲红移量和信号脉冲蓝移量增加,但功率增加到一定程度,信号脉冲输出频谱很窄,不容易实现脉冲俘获;增加泵浦脉冲半宽度,信号脉冲输出频谱强度越来越小,俘获效果变差;泵浦脉冲中心波长的选择直接影响信号脉冲和泵浦脉冲的群速度差,如果波长的改变导致群速度差变大,则脉冲俘获效果变差,甚至消失.     

受激拉曼散射系统的时间模式特性研究

时间模式是一组正交的波包模式,可用来表征时域多模量子光场,为量子系统的描述提供一个可选择的理论框架.基于输入种子光诱导的受激拉曼散射(stimulated Raman scattering, SRS)系统,将输出的斯托克斯(Stokes)光场作为下一过程的输入种子光场,进而实现连续迭代受激拉曼散射的过程;固定泵浦光场为高斯波形和超高斯波形,分别研究了在多种不同结构的高斯波形种子光输入的情形下,输出斯托克斯光场的时域波形演化特性,得到了不同波形种子光注入通过迭代会得到相同的稳定波形输出,而输出光场波形的时间半高全宽（full-width at the half of the maximum, FWHM）依赖于泵浦光场;运用施密特(Schmidt)模式分解,数值研究了最终稳定输出的斯托克斯光场时间模式特性,得到了稳定输出的斯托克斯光场本征值都集中在基模.该光场时间模式特性的研究,为进一步开发和利用时间模式这一量子资源提供了理论指导与实验参考.     

受激拉曼光谱系统的研制

拉曼光谱是一种包含丰富样品结构信息的光谱技术,但是拉曼光谱检测的缺点是检测灵敏度低和荧光干扰.本实验室研制的受激拉曼光谱系统,是将一束皮秒(10-12 s)脉宽的可见泵浦光和一束由飞秒(10-15 s)脉宽的探测白光共同作用于样品,产生受激拉曼信号.该光谱系统的拉曼泵浦光在可见和近紫外波段可连续调谐,可以同时获取受激拉曼光谱的增益和损失光谱,具有灵敏度高和抑制荧光干扰等优点.分别考察了拉曼泵浦光和拉曼探测光脉冲相对时序、拉曼泵浦光强度对受激拉曼光谱的影响,受激拉曼信号强度在拉曼泵浦和拉曼探测脉冲时间上完全重合时达到最大.在拉曼泵浦光强较小时,受激拉曼谱峰强度随泵浦光强度增大而增大;当拉曼泵浦光强度较大时,损失谱峰强度会趋于饱和,在研究的光强范围内增益谱峰会持续增长,未达到饱和.     

线形和复合腔结构布里渊光纤激光器实验研究

文章通过实验研究了基于线形腔和复合腔结构的布里渊掺铒混合增益光纤激光器的输出特性。采用1 km单模石英光纤作为布里渊增益介质,研究了该布里渊激光器的输出特性参数与泵浦波长、泵浦功率、腔型结构等因素的关系。通过实验分析,得出线形腔和复合腔2种结构在不同布里渊泵浦波长条件下产生一阶斯托克斯光时的1 480 nm激光器的阈值泵浦功率,并研究了高阶斯托克斯光输出随1 480 nm激光器泵浦功率的变化情况;布里渊波长从1 540 nm变化到1 570 nm时,线形腔和复合腔阈值泵浦功率分别在139～172 mW及196～294 mW范围变化;保持1 480 nm激光器泵浦功率为623 mW,增大布里渊泵浦功率,2种结构都获得了最多达到10个波长的稳定激光输出。