Isoenergetic model for optical downconversion and error-specific limits of the parametric approximation
本文提出一种超越标准参数近似的等能量解析模型，考虑了泵浦耗尽与纠缠，确定了参数近似的特定误差极限，并证明其在高斯玻色采样实验中的有效范围。
2025-10-12 quant-ph
Few-mode squeezing in type-I parametric downconversion by complete group velocity matching
本研究针对频率简并脉冲I型参量下转换光源光谱多模、单模压缩度有限的问题，提出通过泵浦与信号光完全群速度匹配实现少模压缩，在80mm周期极化掺镁铌酸锂晶体中可获得12dB压缩。
2024-08-18 quant-ph
Energy and momentum entanglement in parametric downconversion
我们提出了一个简单的处理的参量下转换现象考虑相干散射的一个泵光子到一个光子对的非线性晶体。所产生的孪生光子的量子态的能量和动量纠缠被看作是时间和光子对在晶体内产生的位置的基本不变性的结果。我们还讨论了系统纠缠的一些后果。
2012-10-20 quant-ph
Low-noise heralded single photons from cascaded downconversion
预言的单光子源通常使用自发参量下转换来实现，但是它们的质量可能受到光损耗、双对发射和探测器暗计数的限制。在这里，我们表明，这样的源的性能可以提高使用级联下变频，通过提供第二个触发信号预示着一个单光子的存在，从而减少探测器暗计数的影响。我们发现，对于固定探测器的设置，即使对于相等的单光子产生率，也总是可以通过级联下转换实现改进的预示二阶关联函数$g^{(2)}$，从而为第二下转换提供足够的效率。此外，最小$g^{(2)}$值对于泵浦光束强度的大范围是不变的。这些结果对于实现低的、稳定的$g^{(2)}$值至关重要的应用是有趣的。
2018-03-06 quant-ph
Observation of ultra-broadband, beamlike parametric downconversion
我们报告自发参量下转换具有异常宽的光谱带宽。共线1型相位匹配配置与简并附近的零群速度色散频率。该光源的光谱宽度为1080 nm，简并波长为1885 nm，它还发射出高通量的光子对，这些光子对被限制在仅为2度半角的锥体内。一个严格的理论方法，证实了实验观察。源的属性是一致的超短光子对相关时间，并为窄带泵，非常高维的光谱纠缠。
2007-01-16 quant-ph
Theory of cavity-enhanced spontaneous parametric downconversion
本文研究了由非线性晶体和反射镜组成的非线性腔中自发参量下转换产生的光子对。我们分析了两种不同的制度：单谐振腔的信号和空闲模式的谐振，和双谐振腔的泵模式也是谐振。我们提出了在这两种情况下的联合频谱振幅的解析表达式，并研究了减少发射带宽的腔系数精细度的增加。我们还研究了腔的存在对光源亮度的增强作用。
2010-06-01 quant-ph
Effect of chromatic dispersion induced chirp on the temporal coherence property of individual beam from spontaneous four wave mixing
光子对的光谱相关特性决定了单个信号光或闲频光的时间相干性，这对于实现独立光源间的量子干涉至关重要。为了了解啁啾对时间相干特性的影响，通过在脉冲泵浦光和单个信号光（闲频光）中引入不同啁啾量，进行了两组实验研究。第一种方法是基于光纤中的自发四波混频，测量了滤波后的单个信号光的强度关联函数随泵浦啁啾的变化，它表征了信号光的时间相干性。结果表明，泵浦光的啁啾降低了泵浦光的时间相干性。第二个实验中，我们用两个不同光纤中产生的信号光进行了Hong-Ou-Mandel型双光子干涉实验。结果表明，单个光束的啁啾不改变时间相干度，但影响时间模式匹配。为了获得高的可见度，除了通过最小化泵浦啁啾来提高相干度之外，还应该通过管理单个光束的啁啾来优化模式匹配。
2011-05-18 quant-ph
Engineering walk-off-induced orbital angular momentum spectrum in spontaneous parametric downconversion
University of Rochester（罗切斯特大学）；The Institute of Optics, University of Rochester（罗切斯特大学光学研究所）；University of Ottawa（渥太华大学）
本文研究了自发参量下转换中泵浦行走偏移对轨道角动量守恒的影响，推导了总轨道角动量分布与泵浦行走偏移角的标度关系，提出了利用空间行走偏移工程化量子态的方法。
2026-03-19 physics.optics quant-ph
Broadband Parametric Downconversion as a Discrete-Continuum Fano Interaction
我们引入了一个基于Fano的离散-连续相互作用理论的理论框架来分析非线性量子纳米光子学中少泵浦光子机制下宽带参量下转换（PDC）的量子动力学。将这种统一的分析方法应用于一维$χ^{(2)}$-非线性波导，我们发现了由于离散泵浦态与信号连续谱的耦合而产生的许多显著的动力学特征，从单位效率（即，当耦合是耗散的时，下变频转换为完全下变频转换，当耦合是色散的时，下变频转换为具有次指数衰减的类拉比振荡。该理论提供了一种简单的方法来分析计算PDC动力学的完整表征，包括完整的本征系统的连续哈密顿量和信号双光子关联函数的表达式。我们还应用该理论研究了一对线性耦合的$χ^{(2)}$波导，其中两个离散的泵浦状态同时下变频成共模信号连续，导致Fano干扰，严重影响PDC速率。在适当的条件下，该理论预测的特征Fano线型，甚至完全相消干涉导致PDC的全面抑制，由于在连续的束缚泵态的形成。进一步推广，我们表明，该框架也可以适用于高阶参数过程，如参数三光子产生，我们还发现了数值签名，Fano型相互作用发生，即使在更强的泵浦下的多光子PDC。我们的研究结果建立宽带PDC作为又一个物理系统自然表现出Fano型相互作用，并提出了一个理论框架，以了解强非线性宽带量子光学的复杂量子动力学。
2020-09-03 physics.optics quant-ph
Full-mode Characterisation of Correlated Photon Pairs Generated in Spontaneous Downconversion
自发参量下转换是量子光子学实验室中产生纠缠光子对的主要来源。根据实验设计，所产生的光子对可以在频谱、偏振、位置-动量和空间模式中相关。对空间模相关性的研究目前仅限于极坐标方位角的研究，对Walsh模径向态的研究也很少。在这里，我们研究的全模相关，在拉盖尔-高斯的基础上，在I型晶体中产生的光子对之间。此外，我们还研究了具有不同空间模式的结构泵浦光对双光子空间关联的影响。最后，我们利用投影到任意空间模式叠加的能力，在16维子空间中实现了双光子态的全量子层析成像。
2021-03-15 quant-ph
Effects of crystal length on the angular spectrum of spontaneous parametric downconversion photon pairs
我们提出了一个理论和实验分析的横向电场分布和非线性晶体特性的自发参量下转换（SPDC）产生的光子对的属性的联合影响。虽然已知对于足够短的晶体，泵浦电场分布完全决定联合信号-空闲特性，但是对于较长的晶体，非线性晶体特性也起重要作用。在本文中，我们提出了实验测量的角谱（AS）和条件角谱（CAS）的光子对产生的自发参量下转换（SPDC），通过空间分辨光子计数进行。在我们的实验中，我们控制源是否通过泵浦聚焦的程度在短晶体制度中操作，并明确显示AS和CAS测量在这两个制度中的不同。我们的理论提供了这两个政权之间的边界的理解，也预测相应的不同行为。
2013-06-20 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
Coincidence-based spectral engineering for spectral matching in cascaded downconversion
Université de Moncton（蒙克顿大学）；Quantum Bridge Technologies Inc.（量子桥技术有限公司）
本研究提出基于符合计数的光谱工程，通过调整泵浦光子光谱实现级联下转换的光谱匹配，经实验验证可提升转换概率，为优化级联下转换提供实用工具。
2026-09-07 quant-ph
Spontaneous parametric downconversion in waveguides: What's loss got to do with it?
我们推导出的频率相关性和出口概率表达式产生的光子通过自发参量下转换（SPDC）的非线性波导中表现出线性散射损耗。这样的损失包括在一个一般的哈密顿形式主义通过连接波导模式与储层模式的唯象耦合哈密顿量，其参数是后来涉及到通常的损耗系数。在SPDC对产生的低概率的限制下，损失的存在要求我们将通常的无损生成对态写成约化密度算符，并且我们发现这个密度算符自然地由双光子、单光子和零光子贡献组成。与双光子贡献相关联的双光子概率密度或联合光谱强度（JSI）不仅由相位匹配项确定，而且由损耗匹配项确定。在这一项内的损失系数的相对大小导致三个质量不同的国家和地区发展委员会联合体制。如果泵浦或产生的光子损失比另一个高得多，则相位匹配平方sinc函数的旁瓣被洗掉。另一方面，如果泵浦和产生的光子损失被适当地平衡，则有损JSI与无损JSI相同。最后，如果所生成的光子损耗是频率相关的，则JSI的形状可以被更严重地改变，潜在地导致所生成的光子与低损耗波导中生成的光子相比频率相关性更低，但是也产生效率更低。
2014-11-10 quant-ph
Statistical properties of twin beams generated in spontaneous parametric downconversion
描述了超短强脉冲泵浦下自发参量下转换光子对所形成的光场的光子数统计测量。最终的检测量子效率，噪声以及可能的损失的一个或两个光子从一对考虑。沿着所开发的模型分析了由增强型单光子CCD相机提供的测量数据。联合信号闲频光子数分布的期望最大化算法得到。信号光子数和闲频光子数的协方差等于80%。在我们的情况下，所产生的光子对的统计被确定为泊松。信号场和闲频场的积分强度分布显示出场之间的强相关性。这种分布在某些区域出现负值，清楚地表明了由光子对组成的光的非经典特性。
2003-10-10 quant-ph
Diagnosing phase correlations in the joint spectrum of parametric downconversion using multi-photon emission
新的量子光源的发展需要强大而方便的方法来表征其联合光谱特性。测量光子对之间的联合光谱强度忽略了光谱相位中的任何相关性，这可能是降低量子干涉质量的原因。一个完全相敏的表征往往需要显着更多的实验复杂性。在这里，我们调查的灵敏度的频率分辨的双对发射光谱相位相关性，特别是存在一个简单的形式的相关相位，可以产生一个啁啾泵浦激光脉冲。我们观察到干涉条纹的四个光子的一致性，这取决于所有四个光子的频率，与周期取决于它们的相关性的强度。我们还表明，在JSA的相位相关性诱导两个信号光子之间的光谱强度相关性，即使当相应的空闲光子未被检测到，并链接到一个单一的信号光子的纯度这种相关模式。这些效应将有助于评估量子技术的新光子对源，特别是因为与联合光谱强度测量相比，我们几乎不需要额外的复杂性-基本上只是在每个输出端口检测至少两个光子的能力。
2020-07-01 quant-ph
Controlling the degree of entanglement in downconversion by targeted birth zone activation
本文通过调节泵浦束腰控制下转换光子纠缠度，基于出生区数量N识别三个纠缠区域，并实验验证可见度守恒关系。
2024-11-06 physics.optics quant-ph
Pure single photon generation by type-I PDC with backward-wave amplification
我们探索一种有前途的方法产生纯预示单光子。我们的方法是基于参量下变频在单极波导。然而，与传统的下转换源不同，光子对是反向传播的：一个光子与泵浦光束一起在前向方向上行进，而另一个光子朝向激光源反向传播。我们的计算表明，这些下转换的双光子状态进行最小的光谱相关内的每个光子对。这种方法提供了采用一系列新的下转换过程和材料（如PPLN）的可能性（以前认为不合适，因为它们具有不利的相位匹配特性），以在宽频率范围内预示纯单光子。
2009-02-09 quant-ph
Observation of Three-Photon Spontaneous Parametric Downconversion in a Superconducting Parametric Cavity
自发参量下转换（SPDC）是几十年来探索量子现象及其应用的关键技术。例如，将高能量泵浦光子分裂成两个较低能量光子的传统SPDC是产生纠缠光子对的常见方式。自SPDC的早期实现以来，研究人员一直在考虑将其推广到更高阶，例如，产生纠缠光子三联体。然而，通过单个SPDC过程直接产生光子三重态仍然是难以捉摸的。在这里，使用磁通泵超导参量腔，我们演示了直接三光子SPDC，与光子三重态产生在一个单一的腔模式或分裂之间的多个模式。在强泵浦的情况下，状态可以非常明亮，通量密度超过60光子/s/Hz。观测到的态是强非高斯的，这对潜在的应用具有重要意义。在单模的情况下，我们观察到一个三角形的星形分布的正交电压，长期预测的“星状态”的指示。观察到的恒星状态显示出很强的三阶相关性，正如预期的立方哈密顿量产生的状态。通过在多个模式的和频处泵浦，我们观察到多个模式之间的强三体相关性，引人注目的是，在没有二阶相关性的情况下。我们进一步分析了三阶相关下的模式变换的辛对称群，显示所观察到的变换属性服务于“指纹”的特定的立方哈密顿量，产生它们。观察到的非高斯，三阶相关代表了量子光学的重要一步，并可能对微波场量子通信以及连续变量量子计算产生强烈影响。
2019-07-19 cond-mat.supr-con quant-ph
Time-resolved second-order autocorrelation function of parametric downconversion
本文提出利用时间放大技术测量II型参量下转换光束的时间分辨二阶自相关函数，从而直接推断其全局相干度与纠缠模式数，并理论验证了该方法在周期性极化KTP晶体中的适用性及光子聚束效应。
2025-08-13 quant-ph
Third order parametric downconversion: a stimulated approach
我们研究了种子，或刺激，三阶参量下转换的过程，作为我们以前的自发参量下转换（TOSPDC）的工作的扩展。我们提出了一般表达式的光谱和预期的情况下，种子字段或字段重叠的TOSPDC模式中的一个或两个，也允许泵和种子是单色或脉冲的吞吐量。我们提出了一个特定的源设计的数值研究，表明双重叠播种可以导致一个相当大的产生通量相比，单重叠播种。我们还表明，双重叠播种允许受激发射断层扫描重建的三光子TOSPDC联合光谱强度。我们希望我们的工作将指导未来的实验工作的基础上的三阶参数下转换的过程。
2020-02-13 physics.optics 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
Maximizing the Validity of the Gaussian Approximation for the biphoton State from Parametric Downconversion
自发参量下转换（SPDC）在基于光子纠缠的量子应用中有着广泛的应用。光子对产生的效率通常通过$sinc(LΔk/2)$函数来表征，其中$L$是非线性介质的长度，而$Δk$是泵浦场和下转换场之间的相位失配。在理论研究中，相位失配的\textit{sinc}行为经常被近似为高斯函数$\exp{(-αx^2)}$，以便导出SPDC过程的解析表达式。在文献中已经为优化因子$α$选择了不同的值，例如通过比较\textit{sinc}和高斯函数的宽度或下转换光子的动量。因此，不同的$α$值为相同的设置提供了不同的理论预测。因此，有必要对该参数进行知情和独特的选择。在这项工作中，我们提出了一个选择的$α$，最大限度地提高了高斯近似的有效性。此外，我们还讨论了所谓的\textit{super} -高斯和\textit{cosine} -高斯近似作为实际的替代品，提高了预测能力的实验。
2022-12-19 quant-ph
Downconversion quantum interface for a single quantum dot spin and 1550-nm single-photon channel
长距离量子通信网络需要在基于物质量子比特的节点和低损耗光子量子信道之间建立适当的接口。我们实现了一个下转换量子接口，其中从半导体量子点发射的单光子在910 nm下转换到1560 nm，使用光纤耦合的周期性极化的锂酸盐波导和2.2- $μ$ m脉冲泵浦激光器。量子点发射的单光子特性在下转换过程中被保留：我们使用量子点的共振激发来测量互相关$g^{(2)}(τ= 0) = 0.17$。通过观察下转换光子计数中的拉比振荡，我们证明了下转换界面与量子点电子自旋的相干光学控制完全兼容。这些结果代表了向长距离混合量子网络迈出的关键一步，在该网络中，在不同波长下工作的子系统通过量子频率转换器件和1.5- $μ$ m量子信道连接。
2013-05-02 physics.optics quant-ph
Noncollinear parametric fluorescence by chirped quasi-phase matching for monocycle temporal entanglement
由自发参量下转换（SPDC）产生的两个光子的量子纠缠可以用来探测光周期内的量子光学现象。Harris [Phys. Rev. Lett. 98，063602（2007）]建议使用由准相位匹配（QPM）器件产生的超宽参量荧光，该准相位匹配（QPM）器件的极化周期是啁啾的。在Harris的原始方案中，假设光子是共线产生的，然后通过频率滤波在空间上分离。在这里，我们也建议使用非共线生成的SPDC。在数值计算中，对于532 nm泵浦激光器，要实现1.2周期的时间相关，当非共线条件下，只有10%的啁啾器件就足够了，而在共线条件下，需要很大的啁啾（50%）器件。我们还利用超导纳米线单光子探测器和光电倍增管作为光子探测器，从10%啁啾的MgCl 2晶体中获得了倍频程（790-1610 nm）的非共线参量荧光。观察到的SPDC带宽为194 THz，这是迄今为止啁啾QPM器件实现的最大宽度。从这个实验结果来看，我们的数值分析预测，通过适当的相位补偿，双光子可以被压缩到1.2个周期。
2012-10-23 physics.optics quant-ph
Adiabatic rapid passage two-photon excitation of a Rydberg atom
考虑了单原子从基态到里德堡态的双光子绝热快速通过激发。分析了三种方案：泵浦场和斯托克斯场都是啁啾和脉冲的，只有泵浦场是啁啾的，并且只有泵浦场是脉冲和啁啾的，而斯托克斯场是连续波（CW）的。在所有三种情况下，高转移效率$>99\%$实现实验可实现的拉比频率和脉冲持续时间的字段。
2015-03-25 physics.atom-ph quant-ph
Properties of upconverted entangled broadband light
我们实验研究了自发参量下转换和上转换的顺序过程所产生的光的性质。通过用原始泵浦光干涉上转换光子，我们证明了该过程保持了光的相干性。此外，当改变下转换纠缠光的相位时，我们观察到具有双倍相位灵敏度的干涉，尽管其相干长度比泵浦光短几个数量级。最后，上转换光的统计预计是超泊松分布，我们在实验中观察到超聚束。
2018-07-28 quant-ph
Influence of chirp, jitter and relaxation oscillations on probabilistic properties of laser pulse interference
激光脉冲的干涉是量子随机性的重要组成部分，因此，激光脉冲的概率性质获得了新的相关性。在这里，我们详细地考虑了三种效应-啁啾，抖动和弛豫振荡-的综合影响的概率密度函数的脉冲干涉增益开关半导体激光器。我们开发了一个严格的模型，激光速率方程的基础上，并证明，只有考虑所有这三个影响一起允许正确描述的干扰统计。我们补充我们的理论计算与相应的测量在不同的泵电流。实验结果表明与模型的预测完全一致，并很好地再现了蒙特卡罗模拟。
2020-11-18 quant-ph
Imaging ultrafast molecular wavepackets with a single chirped UV pulse
我们展示了如何模拟一个传统的泵浦探测方案，使用一个单一的频率啁啾超短紫外脉冲，以获得分子超快动力学的时间分辨图像。线性调频脉冲在时间上引入频谱相位，该频谱相位对包含在脉冲中的泵浦频率和探测频率之间的延迟进行编码。通过比较H $^+_2$分子的全维从头计算结果和简单的序列模型的计算结果，我们证明了通过调节啁啾参数，双光子能量微分电离几率直接映射了分子中产生的波包动力学.因此，还可以实现对总电离产率的显著量的控制，并且可能增强超过一个数量级。
2017-02-17 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Generating Entangled Two-Photon States with Coincident Frequencies
结果表明，参量下转换，与一个短的持续时间的泵浦脉冲和一个长的非线性晶体，适当的相位匹配，可以产生一个频率纠缠的双光子态的各个光子的频率是一致的。量子干涉实验区分这种状态从熟悉的时间重合的双光子状态进行了描述。
2002-06-18 quant-ph
Heralded single photon source at 1550 nm from pulsed parametric down conversion
研究了泵浦脉冲非简并自发参量下转换产生的1550 nm单光子的预示。我们的源的P（1）和P（2）分别为0.1871和2.4 x 10 ^-3。我们的源的触发是2.16 x 10^5 trigger.s^-1。该源可用于量子密钥分配系统。
2006-11-10 quant-ph
Sub-Megahertz Single Photon Source
我们报告100%占空比产生的亚MHz的单光子对在铷D $_1$线使用腔增强的自发参数下转换。时间强度互相关函数对于单光子表现出$666 \pm 16$ kHz的带宽，低于目标跃迁的自然线宽一个数量级。腔内半波片有助于实现泵浦光、信号光和闲频光的三重共振，降低了带宽，简化了锁定方案。此外，腔体对泵浦频率的稳定使得能够实现100%占空比。这些光子非常适合存储在具有亚自然线宽的量子存储器方案中，例如梯度回波存储器。
2016-01-22 quant-ph
Versatile engineering of multimode squeezed states by optimizing the pump spectral profile in spontaneous parametric down-conversion
本文研究了频率梳的自发参量下转换（SPDC）引起的量子关联，导出了一种理论方法来寻找具有任意光谱轮廓的泵浦光对应的输出态。在将其应用于光谱啁啾泵浦的相关例子之后，我们运行优化算法来数值地找到最大化一些目标函数的泵浦轮廓。这些包括独立压缩模式的数量和定义在许多连续变量量子信息协议中使用的团簇状态的无效因子的方差。为了评估泵浦整形在实际实验中的优势，我们考虑了脉冲整形器的物理限制。
2018-02-23 quant-ph
High spatial entanglement via chirped quasi-phase-matched optical parametric down-conversion
通过利用成对光子的空间形状，参量下转换允许在多维希尔伯特空间中产生双光子纠缠。以这种方式可以产生多少纠缠？原则上，空间自由度的无限维性质使得可用的纠缠量无限。然而，在实践中，所使用的具体配置，即其几何形状、非线性晶体的长度和泵浦光束的尺寸，可能严重限制可以实现的值。在这里，我们表明，使用准相位匹配工程允许增加产生的纠缠量，在不同的条件下达到数十ebits的纠缠熵的值。因此，我们的工作开辟了一条道路，以实现在各种情况下产生大规模空间纠缠的承诺，其中一些更有利于其实验实施。
2012-11-14 quant-ph
Generation of two-photon states with arbitrary degree of entanglement via nonlinear crystal superlattices
我们展示了一种通用的方法工程的联合量子态的光子对产生的自发参量下转换（PDC）。该方法利用非线性和线性材料的超晶格结构，结合宽带泵浦，操纵信号和闲频光子相对于泵浦脉冲的群延迟，并实现了所产生的对具有任意纠缠度的联合光谱振幅。这种群延迟工程方法具有合成广泛的状态的潜力，包括对量子网络至关重要的可因子化状态和对Hong-Ou-Mandel干涉术优化的状态。后一种情况下的实验结果，说明这种方法的原则。
2006-11-01 quant-ph
Multi-qubit production in spontaneous parametric down conversion
我们提出了一种新颖而简单的方法，通过自发参量下转换产生多个纠缠光子对。我们已经开发了高斯掩模细分泵浦光束通过非线性介质之前。通过这种方式，我们能够观察到同时分离的具有空间重叠的下转换发射锥。我们采用的技术可以用来大大增加纠缠光子系统的自发参量下转换产生的维数，提供更大的可扩展性，光学量子计算比以前探索。
2021-05-11 quant-ph
Spatiotemporal entanglement in a noncollinear optical parametric amplifier
理论上研究了超短脉冲泵浦下单程I类非共线频率简并参量下转换过程中两束纠缠光束的产生。通过数值计算和解析计算，我们得到了产生光场的时空压缩本征模和相应的压缩本征值。通过在曲线坐标系中用高斯函数模拟场的联合谱振幅，得到了解析解。我们表明，这种方法是高效的，是在一个很好的协议与数值解。我们还发现，当所产生的光束的总带宽是足够高的，模态函数不能被分解成一个空间和时间的部分，但表现出时空耦合，其强度可以通过缩短泵浦增加。
2021-03-07 quant-ph
Spectral density matrix of a single photon measured
提出并论证了一种测量单光子脉冲光谱密度矩阵的方法。该方法是基于记录的Hong-Ou-Mandel干涉之间的光子被测量和一对衰减和适当延迟的激光脉冲描述的一个已知的光谱振幅。密度矩阵是从符合计数的二维干涉图中检索的。该方法已实现的I型下转换源，超短激光脉冲泵浦。实验结果与理论模型吻合得很好，该模型考虑了源中的时间和空间效应。
2007-02-21 quant-ph
Design Considerations for High-purity Heralded Single Photon Sources
当构建具有光谱可分离光子的参数下转换光子对源时，例如用于制造高纯度的预示单光子时，必须考虑两个实际问题：实验的设计及其表征。为了解决实验设计，我们研究了现实（sech形和啁啾）泵浦场，现实的非线性晶体与制造缺陷，以及不希望的PDC代远离来自非线性成形方法的中心PMF峰的光谱分离性的影响。为了解决实验表征问题，我们研究了测量的双光子联合光谱的离散化和光谱范围的影响，从联合光谱振幅与联合光谱强度推断分离性之间的差异，以及干涉实验用于纯度表征的优势基于联合光谱强度的方法。这项研究将是实际的兴趣，研究人员建立下一代的非线性源的可分离光子对。
2018-07-03 quant-ph
Optimal photon-pair single mode coupling in narrow-band spontaneous parametric down-conversion with arbitrary pump profile
提出了对单模耦合自发参量下转换源性能的理论研究，它只需要很少的实际假设：窄带宽和准简并共线产生。其他假设，如泵浦光束的空间和时间包络，目标单模轮廓和尺寸，以及非线性极化率分布，只考虑在计算的最后一步，从而使理论的通用性和灵活性。性能指标包括绝对收集亮度、对收集效率和预示比。这些值的优化是通过只依赖于无量纲参数的函数来研究的，允许从结果中推导出整个设计选择范围（例如晶体长度、泵浦功率）的最佳实验配置。一个特定的应用的理论验证了实验优化条件下获得兼容的假设。与其他作品的比较，并建议在其最一般性的理论数值实施。
2011-08-30 physics.optics quant-ph
Measurement of Coupling PDC photon sources with single-mode and multimode optical fibers
研究了参量下转换光在单模和多模光纤中的耦合效率与泵浦光直径、晶体长度和走离的关系。我们概述了两种不同的理论模型，用于制备和收集单模或多模PDC光（由例如多模光纤或孔径定义，对应于桶检测）。此外，我们定义了模式匹配收集效率，重要的是实现单光子源的PDC输出到一个明确的单一空间模式的基础上。我们还定义了一个多模式的收集效率，是有用的单光子探测器校准应用。
2004-08-03 quant-ph
Entanglement and four wave mixing effects in the dissipation free nonlinear interaction of two photons at a single atom
在原子二能级非线性条件下，研究了单脉冲输入下两光子间的非线性相互作用。利用光在原子中传播的一维模型描述了双光子态的精确时空相干性。结果表明，这种相互作用在输出态中产生了类似于参量下转换中观察到的纠缠的时空纠缠。提出了一种利用量子力学四波混频过程从相干泵浦光中产生光子对的方法。
2003-08-19 quant-ph
Quantum Light from a Whispering Gallery Mode Disk Resonator
光学参量下转换已被证明是一种有价值的非经典光源。该过程是固有的能够产生双光束的相关性，以及单独的强度压缩的任一参量光束，当泵浦远高于阈值。在这里，我们提出了第一次直接观察到的强度压缩的每一个单独的参量光束在参量下转换通过使用一个高品质的回音壁模式盘谐振器的-1.2 dB。此外，我们观察到双光束的量子相关的-2.7分贝与此腔。这样的谐振器具有强的光学限制，并提供可调谐耦合到外部光场。这项工作证实了晶体回音壁模式谐振器在量子和非线性光学，特别是量子光产生中的潜力。这种设备的简单性使得量子光在各个领域的应用变得非常可行。
2010-10-27 physics.optics quant-ph
Super-critical phasematching for photon pair generation in structured light modes
提出了一种通过自发参量下转换直接产生径向和方位向偏振光子对的方法。这种方法构成了一种新的几何结构的SPDC，其中径向偏振贝塞尔-高斯泵浦光束被引导到一个非线性晶体，与中心传播方向平行的晶体轴。相位匹配条件通过改变泵浦光束的开口角来控制;由于晶体轴不能调谐，我们将此过程称为超临界相位匹配。我们的模型和绘图的空间和偏振输出分布的I型和II型超临界相位匹配。
2016-10-05 physics.optics quant-ph
Time-Resolved Upconversion of Entangled Photon Pairs
在自发参量下转换过程中，来自泵浦场的光子在非线性晶体中被转换为信号光子和闲频光子对。相反的过程，或这些对在第二个晶体中上转换回单光子，也是可能的。在这里，我们提出了实验测量的上转换率与信号和闲频光子之间引入的受控时间延迟。作为延迟的函数，该速率在我们的实验条件下呈现出27.9 fs的半高全宽，并且我们进一步证明了光子对的群延迟色散加宽了该宽度。这些观测结果与我们的计算结果非常吻合，从而证明了信号波和闲频波之间的超快非经典相关性。
2009-09-10 quant-ph
Generation of Fourier transform limited heralded single photons
在本文中，我们研究了参量下转换过程中检测到闲置光子所触发的预示单光子波包的光谱（时间）特性。在时周期Wigner函数的框架内研究了产生的单光子，由此可以计算单光子谱宽和持续时间。我们推导了产生纯单光子和傅里叶变换受限单光子的双光子联合谱振幅的具体条件。同样，我们提出了具体的源的几何形状，导致这些条件的履行，并表明，这些几何形状之一，导致在给定的泵浦带宽，时间上最短的可能预示单光子波包。
2007-09-21 quant-ph
Creating mid-infrared single photons
通过参数下转换的单光子产生支持用于量子传感和成像的量子技术。在这里，我们数值研究的创建单光子在近和中红外区从1.5 - 12微米的范围内的新型非线性半导体和黄铜矿材料。我们确定相位匹配的条件和挑选出的制度，其中群速度匹配可以实现与商业可用的泵浦激光器。最后，我们讨论了如何中红外单光子可以检测。使用我们的数值结果，我们确定的材料和泵浦激光器在传统的波长波段上转换检测。我们的研究为中红外单光子产生和检测提供了一个完整的配方，为生物医学成像，通信和遥感等中红外应用开辟了量子增强。
2018-07-02 physics.optics quant-ph
Optimizing spontaneous parametric down-conversion sources for boson sampling
光子量子技术的一个重要步骤是通过玻色子采样证明量子优势。为了避免玻色子采样的经典相似性，光子需要几乎完全相同并且几乎没有损失。这两个要求通过光谱过滤连接，改善一个导致另一个的降低。产生单光子的一种经证实的方法是自发参量下转换（SPDC）。我们表明，一个最佳的权衡之间的不可压缩性和损失，总是可以找到SPDC。我们的结论是，50光子散射拍摄玻色子采样实验使用SPDC源是可能的，从计算复杂度的角度来看。为此，我们数值优化的SPDC源下的弱抽运制度和一个单一的空间模式。
2020-01-10 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
Classical to quantum transfer of optical vortices
我们表明，一个光学涡旋光束，实现经典，可以转移到一个预示单光子的横向振幅。为此，我们依赖于自发参量下转换（SPDC）过程来产生信号和空闲光子对，使用具有轨道角动量（具体地，具有拓扑电荷l = 1和l = 2）的贝塞尔-高斯（BG）光束形式的泵浦。我们已经设计了我们的源，使其在短SPDC晶体制度，其中，泵浦的振幅和相位可以被转移到一个预示着单光子。为了验证我们所预言的单光子的涡旋性质，我们已经证明了条件角谱和单光子水平的横向强度与对泵浦进行的类似测量相匹配。此外，我们已经表明，当我们预示的单光子通过三角形孔径衍射，远场单光子横向强度表现出预期的三角形排列的强度波瓣与轨道角动量的存在。
2014-08-07 physics.optics quant-ph
An Efficient Integrated Two-Color Source for Heralded Single Photons
我们提出了一个脉冲和集成的，高度非简并的参量下转换（PDC）源的预告单光子在电信波长，与预告光子在800 nm左右配对。有源PDC部分与片上无源集成波分多路复用器相结合，允许信号和空闲光子的空间分离，效率超过96.5%，以及多波段反射和抗反射涂层，有助于低耦合损耗和超过99%的器件输出处的泵浦抑制。我们的设备是能够准备单光子的效率为60%，符合偶然性的比率超过7400。同样，与连续波实现相比，它实际上没有显示出显著的背景噪声。对于低泵浦功率，我们测量了条件二阶关联函数g^（2）（0）=0.0038，这证明了几乎纯单光子产生。此外，我们的源可以在<n_pulse>低于100 uW的泵浦功率水平下具有=0.24个产生的光子对/泵浦脉冲的高亮度。脉冲PDC工艺的高质量与高效无源元件的集成相结合，使我们的设备成为未来量子网络应用的有希望的候选者，其中高效的小型化起着至关重要的作用。
2013-03-12 physics.optics quant-ph
A novel single-crystal & single-pass source for polarisation- and colour-entangled photon pairs
我们证明了一种新的偏振和颜色纠缠光子对的产生机制。在我们的方法中，我们定制的相位匹配的周期性极化的KTP晶体，使两个下变频过程同时发生。依靠这种效应，我们的源发出纠缠的二分光子态，从一个单一的，单向泵浦晶体均匀极化周期内在出现。与现有的光子纠缠源相比，它具有最大的紧凑性和发光性，这使得我们的源是独一无二的，因此在量子信息实验中具有很高的实际意义。
2017-08-22 physics.optics quant-ph
Optimal focusing for maximal collection of entangled narrow-band photon pairs into single-mode fibers
本文从理论和实验两方面研究了准相位匹配体晶体中自发参量下转换产生的光子对在量子通信光源中的辐射特性和通量。我们表明，通过仔细的设计，可以实现良好的定义模式接近光纤的基模，并获得高耦合效率也为散装晶体，这些更容易对齐比晶体波导。我们区分单耦合，条件符合，和对耦合，并显示如何通过改变泵浦模式和光纤匹配模式的聚焦，使用标准的光学元件，这些参数可以最大化。具体来说，我们分析了一个周期性极化的KTP晶体泵浦的532 nm的激光在810 nm和1550 nm的光子对。数值计算结果表明，在最佳聚焦条件下，耦合效率大于94%，根据几何关系L/zR，泵浦模的耦合效率约为1 ~ 2，光纤模的耦合效率约为2 ~ 3，其中L为晶体长度，zR为模式分布的瑞利范围。这些结果与L无关。通过显示单模带宽随1/L减小，我们因此可以设计源以产生窄带宽光子对并将其很好地耦合到光纤中。较小的带宽意味着光纤中长距离传播的色散较小，并且电信布拉格光栅可以用来补偿加宽的光子包-这是时间复用量子比特的一个重要问题。更长的晶体也会产生与sqrt{L}成比例的光纤光子通量的增加，因此，假设正确聚焦，我们只能看到使用长晶体的优势。
2005-11-20 quant-ph
Optimized Spectral Purity of Heralded Single Photons at the Telecom O-Band
本研究通过优化钾钛酸锂晶体的极化结构，实现了在电信O波段高达99.4%的单光子光谱纯度，为量子信息应用提供了实用的量子源解决方案。
2025-07-02 quant-ph
