Spectrally engineered collinear type-0 SPDC source with enhanced spectral brightness for entanglement distribution
Ageny for Defense Development（国防开发局）
通过光谱工程和超窄带泵浦，在30 mm ppKTP晶体中实现0型SPDC，产生窄带光子对，检测光谱亮度达0.507 MHz/mW/nm，并集成到Sagnac干涉仪中实现2.56 km自由空间纠缠分布。
2026-06-24 quant-ph
Optimizing brightness of SPDC source in Laguerre-Gaussian modes using type-0 periodically-poled nonlinear crystal
本文研究0型ppKTP晶体SPDC光源在LG模式下的亮度优化问题，通过分析光子对光谱和最佳聚焦参数，证明单一泵浦聚焦参数无法同时优化不同LG模式，为高亮度量子光源设计提供框架。
2025-07-01 quant-ph
Ultra-broadband SPDC for spectrally far separated photon pairs
在非线性晶体中通过自发参量下转换（SPDC）产生光子对对于广泛的量子光学实验是重要的，光谱特性（例如它们的带宽）通常是至关重要的关注点。在这里，我们显示了准相位匹配的KTP，MgO：LN和LiNbO 3晶体，导致超宽带，广泛的非简并光子对特定的相位匹配条件的一般存在。它基于群速度匹配的、相距较远的波长对的存在，并且对于2 mm长的晶体，导致光子对的SPDC带宽在15和25 THz（FWHM）之间，其中闲频光子在技术相关的中红外范围3-5 μm内，信号光子在NIR中低于1100 nm。我们实验证明了这种类型的宽带相位匹配在ppKTP晶体的光子对中心在800 nm和3800 nm，并测量带宽为15太赫兹。这种产生宽带光子对的新方法将非常有利于基于SPDC的成像、光谱学、折射测量和具有未检测到的中红外光子的OCT。
2019-08-01 physics.optics quant-ph
Heralded single-photon source utilizing highly nondegenerate, spectrally factorable spontaneous parametric downconversion
我们报告的一个不可区分的预示单光子态的产生，使用高度非简并自发参量下转换（SPDC）。在极化的磷酸钛氧钾（PPKTP）晶体中加入宽带泵浦脉冲和群速度匹配（GVM）条件，可以产生光谱可分解的光子对。预告光子在近红外中，接近现成的Si单光子探测器的峰值探测效率;同时，预告光子在光纤损耗最小的电信L波段中。我们观察到的SPDC源的光谱因子，因此高纯度（90%）的所产生的预示单光子由几种不同的技术。由于该光源还可以实现高的预测效率（> 90%），因此它将适用于时分复用技术，从而实现伪确定性单光子源，这是光学量子信息和通信技术的关键资源。
2016-03-28 quant-ph
Enhancing Microwave-Optical Bell Pairs Generation for Quantum Transduction Using Kerr Nonlinearity
本文提出一种利用微波模式强Kerr非线性的脉冲SPDC方案，通过脉冲驱动产生单光子对，有效缓解了传统方案中保真度与概率的权衡，在有限非线性和光子损失下实现高保真度Bell对的高概率生成。
2025-05-01 quant-ph
Interferometric Bell-state preparation using femtosecond-pulse-pumped Spontaneous Parametric Down-Conversion
本文对利用飞秒脉冲泵浦的自发参量下转换技术制备最大纠缠双光子偏振态（Bell态）进行了理论和实验研究。首先，我们展示了如何在飞秒脉冲泵浦的II型SPDC的固有的可重复性可以通过使用干涉技术，而无需光谱和振幅后选择。然后，我们分析了最近推出的贝尔态准备计划使用I型SPDC。理论上，这两种方法提供了相同的结果，然而，I型SPDC提供了实验上优越的方法制备贝尔态飞秒脉冲泵浦SPDC。这种高度纠缠光子对的脉冲源在量子通信、量子密码学、量子隐形传态等方面是有用的。
2001-03-30 quant-ph
Broadband pumped polarization entangled photon-pair source in a linear beam displacement interferometer
利用宽带自由运转的激光二极管泵浦单极化磷酸钛氧钾（PPKTP）晶体，将其置于线性光束位移干涉仪中，利用0型自发参量下转换（SPDC）技术，实现了偏振纠缠光子对的产生.我们观察到对率为0.56 Mpairs/s/mW，在一个单一的空间模式，在100 nm的光谱范围内的偏振可见度为97.7%。该实验展示了一种利用高功率自由运转的激光二极管和快速多路复用探测器观测千兆计数率的偏振纠缠光子对的途径。
2019-11-28 quant-ph
Nonlocal realism tests and quantum state tomography in Sagnac-based type-II polarization-entanglement SPDC-source
我们在Sagnac干涉仪（SI）中利用双极化KTiOPO $ _4 $（PPKTP）共线晶体中的II型自发参量下转换（SPDC）过程，在最大纠缠Bell态附近，以$ \% 98 $保真度，实验上获得了一个鲁棒的、超亮的、相位稳定的偏振纠缠态. Bell不等式测量、Freedman检验（CHSH不等式的不同版本）以及可见性检验（都可以看作是非定域实在性检验）都表明我们所创造的纠缠态与经典物理或任何隐变量理论都有很强的违背。我们得到了非常可靠和非常强的贝尔破坏作为$ S=2.78 \pm 0.01 $与高亮度$ \mathcal{V}_{\rm HV}= \% (99.969 \pm 0.003) $和$\mathcal{V}_{\rm DA}= \% (96.751 \pm 0.002) $和非常强的违反由于弗里德曼测试作为$ δ_{\rm F} = 0.01715 \pm 0.00001 $。此外，利用量子态的层析重建和最大似然技术（MLT）作为数值优化，我们得到了物理非负定密度算符，它表明了我们所制备的量子态的不可分性和纠缠性。通过引入最大似然密度算符，我们计算了一些重要的纠缠测度和纠缠熵。Sagnac结构提供了双向晶体抽运的高速率纠缠源，在量子通信、传感和计量以及量子信息协议中具有重要的应用价值，在基于量子照明的激光雷达和自由空间量子密钥分发（QKD）中具有潜在的应用前景。
2021-06-20 quant-ph
Pulsed source of spectrally uncorrelated and indistinguishable photons at telecom wavelengths
我们报告的产生不可区分的光子对电信波长的基础上的II型参数下转换过程中的周期性极化磷酸钛氧钾（PPKTP）晶体。相位匹配，泵浦激光器的特性和耦合的几何形状进行了优化，以获得高耦合效率的光谱不相关的光子。在同一晶体中用对向泵浦产生四个光子，并通过来自每对源的光子之间的双光子干涉实验以及联合光谱和g^（2）测量进行了分析。我们得到的光谱纯度为0.91和耦合效率约90%的所有四个光子没有任何过滤。这些电信波长的纯不可分辨光子源非常适合量子网络演示和其他多光子协议。
2014-03-26 quant-ph
A high-brightness source of polarization-entangled photons optimized for applications in free space
利用405 nm激光二极管抽运周期极化磷酸钛氧钾晶体（PPKTP）中的自发参量下转换（SPDC），提出了一种简单而高效的偏振纠缠光子源.利用一个最高的可用非线性系数在非简并，共线0型相位匹配配置，我们产生的偏振纠缠通过交叉晶体方案和检测0.64万光子对事件/s/mW，同时保持重叠保真度与理想的贝尔态0.98在0.025 mW的泵浦功率。
2012-04-24 quant-ph
Noise analysis of a quasi-phase-matched quantum frequency converter and higher-order counter-propagating SPDC
本文系统分析了准相位匹配量子频率转换器在1064 nm泵浦下的噪声谱，揭示了拉曼散射、寄生SPDC及高达44阶的反向传播SPDC过程等主要噪声来源，为QFC器件优化提供了重要指导。
2024-09-29 physics.optics quant-ph
Ultrabright fiber-coupled ploarization-entangled photon source with spectral brightness surpassing 2.0 MHz/mW/nm
本文提出一种超亮偏振纠缠光子源，通过优化单模光纤耦合与共线高斯模型，利用30-mm ppKTP晶体实现2.0 MHz/mW/nm的光谱亮度，保真度达97.8%，为卫星通信等高损耗长距离光链路提供实用方案。
2024-09-23 quant-ph
Controllable Frequency Entanglement via Auto-Phase-Matched Spontaneous Parametric Down-Conversion
提出了一种利用自发参量下转换产生频率相关可控纠缠光子的新方法。该方法需要启动反向传播SPDC在单模非线性波导与波导垂直的脉冲光束泵浦。与其他方案相比，该方法具有几个优点，包括无论系统的色散特性如何，都能够产生频率相关的光子对。数值证据表明，在频率相关的双光子态的特殊情况下，这个源提供的改进。
2003-04-17 quant-ph
Pure-state photon-pair source with a long coherence time for large-scale quantum information processing
本文提出在PPKTP晶体中通过选择合适泵浦激光和滤波器生成具有长相干时间的纯态光子对源方案，实验演示了780nm光子对源并实现超过经典极限的HOM干涉，为大规模量子网络应用提供潜力。
2023-06-30 quant-ph
Degenerate Squeezing in Waveguides: A Unified Theoretical Approach
我们考虑脉冲泵浦自发参量下转换（SPDC）以及脉冲单和双泵浦自发四波混频过程中的波导在一个统一的哈密顿理论框架。在$k$空间中使用线性算子方程，我们的方法允许包含线性损耗、自相位调制和交叉相位调制以及任意阶的色散。我们描述状态演化的二阶矩，我们开发明确的表达式。我们使用我们的方法来计算联合频谱振幅的简并压缩使用SPDC解析在微扰极限，基准我们的理论对众所周知的结果在可忽略的群速度色散的限制，并研究最近提出的量子采样实验的适用性源。
2019-10-23 physics.optics quant-ph
Understanding high gain twin beam sources using cascaded stimulated emission
本文提出了一种利用级联受激发射对高增益区脉冲双光束源进行光谱表征的新方法。我们展示了这种方法的ppKTP自发参量下转换源产生高达60个光子对每脉冲的实施，并证明我们的实验和我们的理论之间的良好协议。这项工作使高增益效应的参数下变频，包括自和交叉相位调制的完整和准确的实验表征。此外，我们的理论允许探索的设计，以改善规格的双光束源的应用在量子信息，计算，采样和计量的目标。
2019-11-21 quant-ph
Time gating of heralded single photons for atomic memories
本文提出了一种利用光参量振荡器（OPO）在阈值以下的脉冲抽运，对标准连续波自发参量下转换（SPDC）单光子源进行时间选通的方法。窄带宽、高纯度、高光谱亮度和伪确定性的特性使其非常适合于光-原子接口和原子存储器。
2009-11-25 quant-ph
Counter-propagating spectrally uncorrelated biphotons at 1550 nm generated from periodically poled MTiOXO4 (M = K, Rb, Cs; X = P, As)
我们从理论上研究了周期极化MTiOXO_4（M = K，Rb，Cs; X = P，As）晶体在反向传播自发参量下转换（CP-SPDC）中产生的光谱不相关双光子。通过数值计算，发现KTP族中的五种晶体都能产生光谱纯度高、调谐范围宽的单光子。在0型相位匹配条件下，1550 nm处的纯度在0.91 ~ 0.92之间，1500 ~ 2000 nm波长处的纯度均保持在0.90以上。在II型相位匹配条件下，PPKTP、PPRTP、PPKTA、PPRTA和PPCTA在1550 nm处的纯度分别为0.96、0.97、0.97、0.98和0.98;此外，对于大于600 nm的波长范围，纯度可以保持在0.96以上。我们还模拟了PPRTP晶体在1550 nm处独立光子源间的Hong-Ou-Mandel干涉，在0型（Ⅱ型）相位匹配条件下，干涉可见度为92%（97%）。该研究为电信波段的量子存储器和量子网络提供了光谱纯的窄带单光子源。
2020-09-28 quant-ph
Spectral and temporal properties of type-II parametric down-conversion: The impact of losses during state generation
本文理论研究有损波导中脉冲自发参量下转换（SPDC）的光谱和时间特性，基于高斯态形式与朗之万方程分析损耗对其关键特性的影响，并提出一种通过测量归一化二阶关联函数测定非线性波导内部损耗的新方法。
2025-01-15 physics.optics quant-ph
12-photon entanglement and scalable scattershot boson sampling with optimal entangled-photon pairs from parametric down-conversion
纠缠光子源同时具有近1的预示效率和不可扩展性是可扩展的光子量子技术的基本要素。设计并实现了一个超快脉冲激光泵浦自发参量下转换（SPDC）简并纠缠光子源，该源同时表现出~97%的前向效率和~96%的独立单光子间的不可分辨性。这种高效率和频率不相关的SPDC源允许产生第一个12光子真正的纠缠，状态保真度为0.572（24）。我们进一步展示了一个蓝图，可扩展的散射玻色子采样使用12个SPDC源和12*12模式干涉仪的三，四，五玻色子采样，产生计数率超过四个数量级高于所有以前的SPDC实验。我们的工作立即实现了多路复用、散射玻色子采样的高效实现，并预示着远程纠缠光子的产生，为可扩展的光子量子技术开辟了一条有前途的道路。
2018-10-11 physics.optics quant-ph
Time-resolved purification of photon pairs from ultrasmall sources
针对超小SPDC光源中光致发光污染双光子态的问题，提出脉冲SPDC结合时间蒸馏的方法，将7 μm铌酸锂薄膜中双光子态纯度从0.002提升至0.99，并验证了正交偏振光子对的存在，为偏振纠缠生成提供可能。
2023-07-10 physics.optics quant-ph
A wide-range wavelength-tunable photon-pair source for characterizing single-photon detectors
单光子探测器的时间响应通常通过测量其对短脉冲激光源的脉冲响应来获得。在这项工作中，我们提出了一种替代方法，使用自发参量下转换（SPDC）中产生的时间相关光子对。通过测量用未知和参考光电检测器记录的检测时间之间的互相关，可以提取未知检测器的时间响应函数。改变SPDC过程的临界相位匹配条件提供了光子对的波长可调源。我们证明了一个光子对的连续波长可调谐性从526 nm到661 nm，和1050 nm到1760 nm的另一个光子。原则上，该源允许通过简单地改变基于SPDC的源的泵浦激光器来访问甚至更宽的波长范围。作为一个初步的演示，我们表征的单光子雪崩探测器敏感的两个不同的波长带，一个基于硅，另一个基于铟砷化镓。
2020-09-04 physics.optics quant-ph
Correlated Photon Pair Production by Spontaneous Parametric Down Conversion in Quasi-Phase-Matched AlGaAs superlattice Waveguides using a Continuous Wave Pump
本文报道了在准相位匹配的超晶格AlGaAs波导中产生相关光子对的实验结果，实验结果表明，在连续（CW）泵浦下，相干光子对的产生率（>100）比先前报道的脉冲泵浦下AlGaAs波导中的自发下转换（SPDC）方案提高了两个数量级以上。
2013-04-01 physics.optics quant-ph
Experimental generation of single photons via active multiplexing
按需单光子源是量子科学和技术的基本组成部分。我们通过实验证明了一个方案的概念证明，该方案通过主动多路复用从脉冲自发参量下转换（SPDCs）概率产生的几个预示光子来生成按需单光子。通过利用四光子对源，主动前馈技术，和超快单光子路由器，我们显示了四倍的增强输出光子速率。同时，我们保持了输出单光子态的质量，相关测量证实。我们还通过实验验证，通过红欧曼德尔干涉，路由器不影响单光子的不可分辨性。此外，我们给出了数值模拟，这表明基于四个SPDC源的多路复用的光子可以优于基于高度先进的光子数分辨探测器的预示。我们的研究结果表明，按需单光子产生和可扩展的线性光学量子信息处理的实际实现的路线。
2012-02-07 physics.optics quant-ph
Asynchronous Multi-photon Interference for Quantum Networks
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Abbe Center of Photonics（阿贝光子学中心）；Institute of Applied Physics（应用物理研究所）；Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF（弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所）；Helmholtz Institute Jena（耶拿亥姆霍兹研究所）
本研究提出了一种基于连续波源的多光子干涉方法，通过优化coincidence窗口实现高可见度干涉，同时降低对光学同步的要求。
2026-02-24 quant-ph
Entangling Independent Photons by Time Measurement
由两个或多个子系统组成的量子系统可以处于纠缠态，即全局系统的属性被很好地定义，但每个子系统的属性没有定义的状态。纠缠是量子物理学的核心，无论是其概念基础还是在信息处理和量子通信中的应用。值得注意的是，纠缠可以“交换”：如果准备两个独立的纠缠对A1-A2和B1-B2，对A1和B1的联合测量（称为“贝尔状态测量”，BSM）具有将A2和B2投射到纠缠态的效果，尽管这两个粒子从未相互作用或共享任何共同的过去[1，2]。使用自发参量下转换（SPDC）产生的孪生光子的实验已经证明了纠缠交换[3-6]，但在这里我们提出了使用连续波（CW）源的第一个实现，正如最初提出的那样[2]。挑战是在BSM中实现光子的足够尖锐的同步。使用窄带滤波器，经历BSM的光子的相干时间显著增加，超过了探测器的时间分辨率。因此，脉冲源可以被CW源取代，CW源不需要任何同步[6，7]，允许第一次使用完全自主的源。我们的实验利用了光子探测器的时间精度、SPDC与非线性晶体中的波导产生光子对的效率[8]以及窄带滤波器的稳定性方面的最新进展。这种方法与纠缠的形式无关;我们采用了电信波长的时间仓纠缠光子[9]。由于cm长的相干长度，我们的设置对光纤中的热或机械波动具有鲁棒性。
2007-04-05 quant-ph
Towards practical device-independent quantum key distribution with spontaneous parametric downconversion sources, on-off photodetectors and entanglement swapping
设备无关的量子密钥分发（DIQKD）保证了密钥的无条件安全性，而不需要对所使用的设备的内部工作方式进行假设。它使用贝尔不等式的无漏洞违反来实现。在实践中实现DIQKD的主要挑战是检测漏洞问题，这是固有的光子测试贝尔不等式在有损信道。我们重新审视Curty和Moroder [Phys.Rev.A84，010304（R）（2011）]的提议，使用基于线性光学的纠缠交换中继（ESR）来解决这个问题。我们考虑纠缠源和光电探测器的现实模型;更确切地说，（a）基于具有无限高阶多光子分量和多模光谱结构的脉冲自发参量下转换（SPDC）源的偏振纠缠态，以及（b）具有非单位效率和非零暗计数概率的开关光电探测器。我们表明，基于ESR的计划是强大的对上述缺陷，并使积极的关键率在距离远大于什么是可能的，否则。
2016-01-13 quant-ph
Four-photon orbital angular momentum entanglement
两个以上粒子之间的量子纠缠对于量子力学的基础问题和即将到来的量子信息技术是必不可少的。到目前为止，已经有多达14个二维量子比特被纠缠，如果人们也可以证明两个以上粒子的高维离散特性的纠缠，那么仍然存在一个悬而未决的问题。一个有前途的路线是使用光子轨道角动量（OAM），这使得新的量子信息协议的实施，并从根本上新的量子态的研究。到目前为止，只有两个这样的多维粒子纠缠在一起，尽管维度不断增加。在这里，我们使用脉冲自发参量下转换（SPDC）产生光子四联体纠缠在他们的OAM，或横向模式的自由度，并见证真正的多体迪克型纠缠。除了解决基础问题外，这还可以在量子精密测量、成像和秘密共享方面找到应用。
2015-08-06 physics.optics quant-ph
Scattering into one-dimensional waveguides from a coherently-driven quantum-optical system
我们开发了一种新的计算工具和框架，用于表征光子散射的能量非守恒哈密顿到单向（手征）波导，例如，相干脉冲激发。时间波导模式是表征量子光学中散射的自然基础，并且提供了基于时间的粗略离散化的强大技术。这克服了波导系统耦合中的奇点所施加的限制。此外，积分离散方程可以忠实地转换成一个连续时间的结果，通过采取适当的限制。这种方法提供了一个完整的解决方案，在波导中的散射光子场，也可以用来跟踪系统的波导纠缠在演化过程中。我们进一步发展了量子测量理论和散射场演化之间的直接联系，证明了量子轨道和散射光子态之间的对应关系。我们的方法是最适用于当散射的光子数是已知的小，即单光子或光子对源。我们举例说明两个例子：解析解的短激光脉冲散射的二能级系统和数值精确解的短激光脉冲散射的自发参量下转换（SPDC）或自发四波混频（SFWM）源。最后，我们注意到，我们的技术可以很容易地扩展到具有多个基态的系统和具有有限光子数输入和相干态驱动的广义散射问题，潜在地增强了对以下问题的理解，例如，光物质纠缠和光子相位门。
2018-05-19 physics.atom-ph quant-ph
