SRS光功率均衡的研究

给出了受激拉曼散射效应(SRS)影响的光纤DWDM传输系统的光功率传输公式,并利用MATLAB软件进行数值模拟计算,绘出光功率传输特性图.提出一种抑制光纤DWDM系统中受激拉曼效应的功率补偿的方案.     

SRS对DWDM系统传输性能影响的研究

推导出了受激拉曼散射效应(SRS)影响下的光纤DWDM传输系统的数值计算模型,并利用MATLAB软件进行了数值模拟计算,绘出了光脉冲传输特性图. 最后提出了几种抑制受激拉曼效应对光纤DWDM系统影响的方案.     

石英光纤中受激喇曼散射光谱形成及其能量转换

将泵浦光产生的受激喇曼散射(SRS)光谱看作新的独立的单色光源，在光纤内传播的过程中，每个光源按喇曼增益曲线各自独立地激发新的斯托克光谱，因此SRS光谱曲线是光谱内无数个单色光源之间相互吸收、相互放大的结果。据此，建立耦合波方程，利用Runge-Kutta方法可以计算SRS光谱。文章讨论了一阶斯托克光谱的形成，同阶斯托克光谱内的能量红移现象，高阶斯托克光之间以频移440cm^-1传递能量以及频带展宽等问题。     

PS激光泵浦高压H_2的受激喇曼散射研究

利用脉宽20ps、脉冲序列能量约40mJ的锁模Nd:YAG线偏激光泵浦高压氢,在365至605nm范围内获得的70余条受激喇曼散射(SRS)谱线.经分析,这些谱线分别与氢的振动喇曼频移4156cm~(-1)和4144.2cm~(-1)的一些反斯托克斯(AS)谱线及由它们激励产生的各阶转动SRS谱线(转动喇曼频移为587cm~(-1))相对应.     

受激布里渊散射慢光系统中强度调制器的应用研究

基于Mach-Zehnder干涉式的强度调制器具有移频特性,用于受激布里渊散射的慢光系统可以用来产生具有布里渊频移的信号光.理论和实验分析了M-Z干涉式电光强度调制器的频移特性.受激布里渊散射慢光实验中利用12.5 Gbit/s的电光强度调制器产生了相对于泵浦光具有9.394 GHz布里渊频移,脉宽为50 ns的信号光.在泵浦功率20 mW的情况下,该脉冲在2.5 km长的高非线性光纤中获得了32 dB的非饱和增益,脉冲延迟了25 ns.     

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.     

掺镱光纤放大器中受激拉曼散射的数值分析

采用描述泵浦光、信号光和Stokes光的稳态速率方程组,对不同光纤参数及泵浦光参数下掺镱光纤放大器内的泵浦光、信号光以及Stokes光沿光纤轴向的演化进行了数值分析.结果表明:受激拉曼散射的发生会导致信号功率在达到增益饱和之前迅速下降;增大泵浦功率,采用掺杂浓度较高的掺镱光纤以及较大吸收截面的泵浦光可以在较短光纤内获得较好的信号放大而避免受激拉曼散射的发生.     

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.     

双泵浦光纤参量放大器中泵浦与光纤长度选取的研究

研究了强非线性色散位移光纤和光子晶体光纤中的光纤参量放大增益特性.结果表明,在泵浦光功率低于受激布里渊散射阈值的条件下,当两泵浦光功率相等且功率之和与光纤长度的乘积满足某一特定值时,可得到最佳增益谱平坦性、增益峰值、增益带宽等参数;适当改变光纤长度或泵浦光功率,可以优化光纤参量放大.     

耦合功率SRS微分方程组的特征线解和数值分析

本文从耦合功率SRS微分方程组出发,对于零色散损耗光纤,用特征线法求得其解析解.根据所得结果,侧重对光纤中准稳态SRS过程及其在WDM光纤中的串扰问题作了数值分析.本文所用基本方程形式普遍,解法严格而简捷,充分考虑了泵浦光倒空效应,所得结果较为精确、合理。     

Observation of squeezed light from one atom excited with two photons

Single quantum emitters such as atoms are well known as non-classical light sources with reduced noise in the intensity, capable of producing photons one by one at given times. However, the light field emitted by a single atom can exhibit much richer dynamics. A prominent example is the predicted ability of a single atom to produce quadrature-squeezed light, which has fluctuations of amplitude or phase that are below the shot-noise level. However, such squeezing is much more difficult to observe than the emission of single photons. Squeezed beams have been generated using macroscopic and mesoscopic media down to a few tens of atoms, but despite experimental efforts, single-atom squeezing has so far escaped observation. Here we generate squeezed light with a single atom in a high-finesse optical resonator. The strong coupling of the atom to the cavity field induces a genuine quantum mechanical nonlinearity, which is several orders of magnitude larger than in typical macroscopic media. This produces observable quadrature squeezing, with an excitation beam containing on average only two photons per system lifetime. In sharp contrast to the emission of single photons, the squeezed light stems from the quantum coherence of photon pairs emitted from the system. The ability of a single atom to induce strong coherent interactions between propagating photons opens up new perspectives for photonic quantum logic with single emitters.     

受激Raman散射(SRS)的研究——Ⅰ.散射过程的速率方程

通过对克雷末斯—海森堡色散公式中求和规则的分析,讨论了虑态在SRS中桥接跃迁过程的作用,从而提出了SRS的物理机制,在此基础上,引进一个假设,建立理论模型,导出了第一阶Stokes光子的速率方程。     

Observation of Hanbury Brown-Twiss anticorrelations for free electrons

Fluctuations in the counting rate of photons originating from uncorrelated point sources become, within the coherently illuminated area, slightly enhanced compared to a random sequence of classical particles. This phenomenon, known in astronomy as the Hanbury Brown-Twiss effect, is a consequence of quantum interference between two indistinguishable photons and Bose Einstein statistics. The latter require that the composite bosonic wavefunction is a symmetric superposition of the two possible paths. For fermions, the corresponding two-particle wavefunction is antisymmetric: this excludes overlapping wave trains, which are forbidden by the Pauli exclusion principle. Here we use an electron field emitter to coherently illuminate two detectors, and find anticorrelations in the arrival times of the free electrons. The particle beam has low degeneracy (about 10(-4) electrons per cell in phase space); as such, our experiment represents the fermionic twin of the Hanbury Brown-Twiss effect for photons.     

空心杆掺稀油深层稠油举升设计方法研究

对稠油粘温关系和深井举升工艺进行了研究 ,结合实验室掺稀油降粘效果研究结果 ,对空心杆泵上和泵下掺稀油举升工艺的可行性进行了研究。计算结果及现场生产表明 ,空心杆掺稀油举升工艺能有效地改善井筒流体流动条件 ,保证油井以一定的产量进行稳定生产。空心杆泵下掺稀油能改善泵吸入口处原油的流动性 ,但对泵的实际排量有影响 ,且影响生产压差。空心杆泵上掺稀油没有解决原油进泵阻力大的问题 ,因此在泵吸入口处原油应具有较好的流动性。     

使自由空间中光速变慢的研究进展

1905年Einstein发表了著名的狭义相对论( SR)文章,其中说光在真空中总以不变的速度传播。然而这个光速不变性原理一直缺乏可靠的实验证明,近年来的一些研究成果倒像是证伪了这一原理。例如,美国Maryland大学的物理学家James Franson于2014年6月发表论文引起物理界的广泛关注,文章宣称已可证明光速比过去所认为的值要慢。他的论据来源于对1987年超新星SN1987A的观测,当时在地球上检测到由爆发而来的光子和中微子,而光子比中微子晚到4.7h,过去对此现象人们只作了模糊的解释。 Franson认为这可能是由光子的真空极化造成的———光子分开为一个正电子和一个电子,在很短时间内又重组为光子。在引力势作用下,重组时粒子能量有微小改变,使速度变慢。粒子在飞经168000光年的过程中(从SN1987A到地球),这种不断发生的分合将造成光子晚到4.7h。另一个例子是,2015年1月英国Glasgow大学的Padgett研究组做到了使光的运行比真空中光速( c)要慢。他们使光子经过一个专用的散射结构物,波形被改变,从而速度变慢。令人惊奇的是,光子出来后(即回到自由空间)仍以减慢了的速度行进。Franson理论和Padgett小组实验损坏了真空中光速的恒值性,使c成为“不恒定的常数”,或“不常的常数”。这种情况妨害了SR理论及现行米定义的理论基础。另外,本文比较了1993年的SKC实验和2015年的空间结构化光子实验,前者以量子隧穿和消失波为基础,后者则改变光束的横向空间结构。二者都使用相关光子对,结果都显示光子群速的变化。如今或许可以终结关于光速不变原理的讨论。……在现代物理学中波粒二象性仍是难题,但新近研究对此有新的理解,与互补原理不同;故更宜于用波理论解释粒子实验。在Padgett小组实验中,无论Bessel波束或Gauss波束光子群速均减小,表现为在1m的实验距离上迟到若干微米。……最后,本文指出近年来的光速研究为波科学带来丰富体验,为理论思维造成新机会。     

Quantum nonlinear optics with single photons enabled by strongly interacting atoms

The realization of strong nonlinear interactions between individual light quanta (photons) is a long-standing goal in optical science and engineering, being of both fundamental and technological significance. In conventional optical materials, the nonlinearity at light powers corresponding to single photons is negligibly weak. Here we demonstrate a medium that is nonlinear at the level of individual quanta, exhibiting strong absorption of photon pairs while remaining transparent to single photons. The quantum nonlinearity is obtained by coherently coupling slowly propagating photons to strongly interacting atomic Rydberg states in a cold, dense atomic gas. Our approach paves the way for quantum-by-quantum control of light fields, including single-photon switching, all-optical deterministic quantum logic and the realization of strongly correlated many-body states of light.     

光散射的量子理论概述

概述了光散射现象和几种基本的光散射类型。采用量子力学观点,把光散射看作光和物质原子的相互作用,给出了光散射的量子图像。基于量子力学理论介绍了康普顿散射、瑞利散射和拉曼散射,对它们进行了理论分析,给出了相关公式。给出了光散射的基本理论,深入讨论了这三种重要光散射现象的区别和联系,有助于了解原子或分子的相关结构。     

虚光子初探

不可直接观测的光子被称为虚光子。在量子电动力学(QED)中,真空态是以能量21ω和动量21→k为标志的,并指出真空能会在一个吸引力(Casimir力)作用下使两个互相平行的导体板有靠近的趋势。在一般情况下,要了解虚光子必须先全面了解光子,但后者仍有许多问题有待解决,光的波粒二象性理论也有待研究和完善。零点能(ZPE)概念是经典物理与量子物理的重要区别之一,并不能否定;但在近年来的研究中,物理学家用光子作为振荡源的随机分布,或用标量场及场的Green函数径迹,可顺利完成对Casimir力的推导。虽然多年来人们援引Ca-simir效应作为量子场的ZPE是实际存在的迹象,但令人惊奇的是不用零点起伏(甚至不用真空)也能导出Casimir的结果,亦即ZPE不在计算中出现。换言之,对Casimir效应描述而言ZPE是启发性的辅助计算手段,但并非必要条件。这就留下了深层的疑问——ZPE为何缺乏真实存在的实验证据?消失态在电磁环境中是常见的,基本特点是场强随距离增大而指数地减小,并在传播方向上无相移。可以认为消失态具有虚的波矢量。已有若干研究工作显示,由QED表述的虚光子特性在一些消失模实验中被观察到。因而从物理意义上提出了...     

环上线性空间与能级简并度

本文利用整数环上线性空间的性质,讨论了三维各向异性谐振子的能级简并度问题,给出了所有能级均无简并的充要条件,并在简并情况下给出了计算能级简并度的公式。     

Stimulated emission of polarization-entangled photons

Entangled photon pairs-discrete light quanta that exhibit non-classical correlations-play a crucial role in quantum information science (for example, in demonstrations of quantum non-locality, quantum teleportation and quantum cryptography). At the macroscopic optical-field level non-classical correlations can also be important, as in the case of squeezed light, entangled light beams and teleportation of continuous quantum variables. Here we use stimulated parametric down-conversion to study entangled states of light that bridge the gap between discrete and macroscopic optical quantum correlations. We demonstrate experimentally the onset of laser-like action for entangled photons, through the creation and amplification of the spin-1/2 and spin-1 singlet states consisting of two and four photons, respectively. This entanglement structure holds great promise in quantum information science where there is a strong demand for entangled states of increasing complexity.