Spontaneous generation, enhanced propagation and optical imprinting of quantized vortices and dark solitons in a polariton superfluid: towards the control of quantum turbulence
在共振泵浦极化激元超流体中，我们最近探索了一种新的机制，该机制基于极化激元系统的双稳性，以增强极化激元流体在宏观距离上的传播。这种技术与全光压印方法一起允许产生和控制各种拓扑激发，如量子化涡旋和暗孤子。新实验方案的灵活性和可扩展性为系统研究光驱动耗散量子流体中的量子湍流开辟了道路。在这篇文章中，我们回顾了双稳态增强传播和印迹技术的基本工作原理，我们讨论了主要取得的成果，以及最有前途的未来研究方向。
2021-02-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
Spontaneous isotropy breaking for vortices in nonlinear left-handed metamaterials
研究左手非线性超材料中涡旋光束传播时的自发各向同性破缺，用 Landau-Ginzburg 有效场论解释 $Q$、$2Q$ 或 $3Q$ 边多边形图样的形成，并以圈修正准确预测数值结果。
2019-12-02 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Emission of OAM entangled photon pairs in a nonlinear ring fiber utilizing spontaneous parametric down-conversion
我们提出在热致非线性极化石英光纤中通过自发参量下转换产生光子对。光子直接在光学角动量的本征态中产生。一对光子可以在这些状态以及频率上纠缠。我们确定合适的空间和偏振模式，提供一个有效的非线性相互作用。通过改变抽运光场的性质，可以得到窄带和宽带下转换光场。
2014-09-30 physics.optics quant-ph
Orbital angular momentum spectrum of Bessel-Gaussian modes, as generated by spontaneous parametric down-conversion
研究了高斯泵浦光自发参量下转换产生的贝塞尔-高斯模式谱。这是通过首先推导出一个一般表达式的真实概率检测特定的横向空间模式的光子对中产生的自发参数下转换过程。这些表达式适用于与共线简并下转换光束进行I型相位匹配的贝塞尔-高斯模式。结果表明，在一定条件下，Bessel-Gaussian模可以得到较宽的轨道角动量谱。
2012-01-06 physics.optics quant-ph
Orbital angular momentum of the down converted photons
计算了自发参量下转换中轨道角动量纠缠光子对的相对振幅。结果表明，振幅依赖于两个拉盖尔指数l，p。我们还讨论了主要使用的全息图和单模光纤模式分析的影响。我们的结论是，只有几个维度可以探索从无限OAM模式的下转换光子对。
2003-09-04 quant-ph
Polarization effects in the nonlinear interference of down-converted photons
研究了频率非简并自发参量下转换光子非线性干涉中的偏振效应。在可见光和红外（IR）范围内产生的信号光子和闲频光子在非线性迈克耳孙干涉仪的不同臂中分裂。信号光子的干涉图案被检测到，它被证明是依赖于闲频光子的偏振旋转，由双折射样品引入。基于这一概念，我们实现了两种新的方法，用于测量样品延迟在红外范围内，通过使用成熟的和廉价的组件为可见光。该方法的准确度符合现行行业标准。红外旋光技术的发展是相关的材料研究，光学检测和质量控制。
2018-10-30 physics.optics quant-ph
Quantum non-Gaussianity of frequency up-converted single photons
光的非经典态是当今量子通信和计量协议中的重要资源。非经典态的量子上转换是克服量子信息网络中不同子系统之间频率差异的一种很有前途的方法。在这里，我们提出了在1550 nm处通过腔增强的自发参量下转换（SPDC）和随后的上转换到532 nm的预示窄带单光子的产生。量子非高斯性（QNG）是量子信息科学中的一个重要特性，首次在频率上转换态中得到了实验验证。
2016-05-12 quant-ph
Emergence and stability of spontaneous vortex lattices in exciton-polariton condensates
量子化涡旋晶格结构的自发形成是封闭系统在热平衡下超流性的一个特征。激子-极化激子玻色-爱因斯坦凝聚体是开放系统中宏观量子态的典型例子，在这种凝聚体中，自发涡旋晶格也被提出，但尚未被观测到。本文考虑激子库的有限衰减率，从理论上研究了圆泵浦极化激子玻色-爱因斯坦凝聚体中的涡旋结构。结果表明，降低水库衰减率会减少涡的数量，破坏晶格结构的稳定性，不利于涡格的形成和观察。这些不利影响可以通过施加外部角动量来克服。
2019-06-20 cond-mat.quant-gas 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
Spectral correlation in down-converted photon pairs at telecom wavelength
基于自发参量下转换过程的光子对源通常用于长距离量子通信。提高透射范围的关键特征是设计它们的光谱特性。在两篇实验论文之后[Opt. Lett.，38，697（2013）]和[Opt. Lett.，39，1481（2014）]，我们解析地和数值地分析源的特性。它是基于$β$ -硼酸钡（BBO）晶体，在简并频率755 nm $\rightarrow$ 1550 nm + 1550 nm下切割用于II型相位匹配。我们的分析显示了一种方法，在一个光纤耦合的光子对同时与最佳亮度的光谱相关性的完全控制。
2015-09-03 quant-ph
Is orbital angular momentum always conserved in spontaneous parametric down-conversion?
在第二类自发参量下转换的非线性光学过程中，我们提出了一个实验，实验表明下转换光束的双光子探测幅度一般不能再现携带非零轨道角动量的泵浦光束的横向轮廓。我们解释了这一观察的轨道角动量是不守恒的II型非线性过程中由于破缺的旋转对称的哈密顿量。
2007-04-20 quant-ph
Transverse coherence of photon pairs generated in spontaneous parametric down-conversion
利用iCCD相机对自发参量下转换产生的下转换光束的相干特性进行了详细的研究。实验结果进行了比较，从一个理论模型开发的高斯横向轮廓的脉冲泵浦。结果允许使用泵浦场和晶体参数来定制信号光子和闲频光子的相关区域的形状。作为一个例子，实验研究了由双峰泵浦场谱引起的关联区分裂。
2010-03-05 quant-ph
Spontaneous and parametric processes in warm rubidium vapours
热的铷蒸气是原子物理学和量子光学中各种实验的通用介质。在这里，我们提出的实验结果产生的频率转换光的量子应用的基础上自发和受激过程中的铷蒸气。特别地，我们研究了Λ能级结构中自发激发受激拉曼散射的效率以及钻石能级结构中多光子跃迁辅助下产生相干蓝光的条件。我们的研究结果将有助于寻找光与原子量子存储器之间的新型接口。
2014-09-11 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Entanglement and conservation of orbital angular momentum in spontaneous parametric down-conversion
研究表明，泵浦光的平面波谱向自发参量下转换产生的双光子场的四阶横向空间关联函数的转移导致了光的轨道角动量守恒和纠缠。通过一个简单的实验装置的基础上四阶（或双光子）干涉，我们表明，我们的理论模型提供了一个很好的描述携带轨道角动量的下转换字段。
2005-03-02 quant-ph
Topological stability of stored optical vortices
我们报道了一个在Rb原子蒸气中储存光学涡旋的实验。由于它的2π相位扭曲，这种模式，也被称为拉盖尔-高斯模式，是拓扑稳定的，即使在强扩散的条件下也不能展开。为了补充我们的发现，我们存储了一个平坦的相位高斯光束与暗中心。与保持稳定超过100微秒的光学涡旋相反，检索的平相图像中的暗中心在存储时间小至10微秒时充满了光。该实验证明，更高的电磁模式可以转换为原子相干性，并且具有相位奇异性的模式对诸如扩散的退相干效应具有鲁棒性。这为在原子蒸气中存储二维信息提供了更精细的方案。
2007-02-03 quant-ph
One-Photon and Two-Photon Double-Slit Interferences in Spontaneous and Stimulated Parametric Down-Conversions
我们从理论上讨论了自发和受激参量下转换的单光子和双光子双缝干涉。我们发现，在一般的自发参量下转换（SPDC）中，I型和II型晶体都可以存在双光子亚波长干涉。我们提出了一种观察亚波长干涉的替代方法，通过联合强度测量，这只发生在I型晶体在较高的SPDC增益。当一束信号光入射到晶体中时，两束受激下转换光可以产生两个干涉图样，不存在亚波长干涉效应。
2004-01-20 quant-ph
Coherence and Entanglement Preservation of Frequency-Converted Heralded Single Photons
我们报道了近红外光子从854nm波长到1310nm的电信O波段的量子频率转换，总转换效率为8%。在854nm处的纠缠光子对通过II型自发参量下转换产生。在非线性脊形波导中，一个光子与强泵浦光场混合，将其转换为1310nm。我们证明了在转换过程中光子的一阶和二阶相干性的保存。在此基础上推导了双光子态的相干函数，并与实际测量的相干函数进行了比较。这种测量表明了对的时间-能量纠缠的保持。88%的可见度违反了贝尔不等式。
2017-03-08 quant-ph
Non-classical two-photon interference between independent telecom light pulses converted by difference-frequency generation
实验研究了可见光波长转换后两光子间的HOM干涉。在实验中，我们利用自发参量下转换制备了一个预示的单光子，另一个光子来自780 nm的弱激光源。我们通过在极化的锂离子电池中使用差频产生将两个光子的波长转换为1522 nm的电信波长，然后观察光子之间的HOM干涉。观测到的可见度是$0.76\pm 0.12$，它清楚地显示了两个光子的非经典干涉。高可见光干涉是实现可见光光子发射源产生的光子的光纤量子通信的重要一步。
2013-04-01 quant-ph
Transverse spatial and frequency properties of two-photon states generated by spontaneous parametric down-conversion
我们提出了一个详细的帐户由SPDC产生的双光子状态在两种类型I和II的相位匹配，包括非线性介质的各向异性和频率扩展的下转换字段的影响。精确以及简化的表达式推导出的第一型和第二型相位匹配的背景下，傅里叶光学。主要结果与文献中的实验数据进行了比较，在所有情况下显示出良好的一致性。
2008-06-27 quant-ph
Shaping the joint spectrum of down-converted photons through optimized custom poling
我们提出了一个方案的工程联合光谱的光子对通过自发参量下转换。我们的方法依赖于定制的准相位匹配晶体的极化配置。我们使用模拟退火找到一个优化的极化配置，它允许几乎任意成形的晶体的相位匹配功能。这直接应用于产生纯单光子-目前单光子量子光学最重要的目标之一。我们描述了一般的算法，并提供代码，用C++编写，输出一个优化的极化配置特定的实验参数。
2016-02-01 quant-ph
Tunable entanglement distillation of spatially correlated down-converted photons
我们报告了一种新的技术，用于纠缠蒸馏的二分连续可变状态的空间相关的光子产生的自发参量下转换过程（SPDC），其中可调非高斯操作的实施和后处理的纠缠认证实时使用单光子敏感的电子倍增CCD（EMCCD）相机。使用调制到可编程空间光调制器中的非高斯滤波器执行本地操作，并且通过使用用于主动记录双光子的概率分布的EMCCD相机，可以精细控制蒸馏状态的施密特数。我们发现，即使是简单的非高斯滤波器可以微调到约67%的净增益的初始纠缠在SPDC过程中产生的。
2018-05-17 quant-ph
Winding up by a quench: vortices in the wake of rapid Bose-Einstein condensation
由快速淬火引起的二级相变可以锁定密度远远超过其平衡期望值的拓扑缺陷。我们使用量子动力学理论表明，这种机制，最初假设在宇宙学的背景下，并分析到目前为止，只在平均场经典水平，应该允许自发产生的涡旋线被困玻色-爱因斯坦凝聚体的简单拓扑结构，或在环形凝聚体的绕组数。
1998-04-30 cond-mat hep-ph quant-ph
On the Purity and Indistinguishability of Down-Converted Photons
自发参量下转换产生的光子是量子信息科学中最有用的资源之一。它们的两个最重要的特性是纯度和不可吸收性，这决定了它们作为资源的有用性。我们展示了如何通过使用单对源的Hong，Ou和Mandel（HOM）类型的干扰来访问这些特性。我们还提供了简单直观的分析公式，以提取其值从深度的干涉图案。通过与实验结果和数值模拟的比较，证明了这些表达式的有效性。这些结果为设计SPDC源和表征它们发射的量子态提供了必要的工具，这将在发展复杂的量子光子实验中发挥越来越重要的作用。
2012-11-01 quant-ph
Vortices on demand in multicomponent Bose-Einstein condensates
我们提出了一个简单的机制，以产生任何所需的空间位置的谐波捕获玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）与多组分自旋态耦合到外部横向和轴向磁场的涡旋。涡旋出现在自旋-横场相互作用消失的空间点上，并且根据多极磁场的顺序，涡旋可以获得不同的可预测的拓扑荷。我们明确地证明了我们的研究结果，无论是数值和分析，通过分析一个二维BEC通过Gross-Pitaevskii方程的原子系统，无论是两个或三个内部状态。我们进一步表明，通过自发对称性破缺机制，涡旋可以出现在任何自旋分量中，除非对称性在一开始就被轴向场外部破缺。我们建议，这种情况下可以使用超冷气体的$^{87}$ Rb占据所有三个$F = 1$状态的光阱进行测试。
2012-11-22 cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantifying the non-Gaussianity of the state of spatially correlated down-converted photons
空间关联下转换光子的态通常被视为双模高斯纠缠态。虽然直觉上这似乎是合理的，但已知当适当考虑相位匹配条件时，可以观察到这些光子的空间分布中的新结构。在这里，我们研究了近场和远场条件概率的方差是如何受到相位匹配函数的影响，我们分析了EPR准则对自发参量下转换（SPDC）的空间双光子态的非高斯性和纠缠检测的作用。然后，我们引入了一个统计测量，在近场和远场平面的联合分布的负熵的基础上，它允许量化的非高斯的这种状态。这种非高斯性的测量仅需要自相关协方差子矩阵的测量，并且将与CV量子信息处理中SPDC的空间相关性的新应用相关。
2012-04-24 quant-ph
Coherent control of collective spontaneous emission in an extended atomic ensemble and quantum storage
分析了扩展原子系综与单光子波包共振相互作用系统中集体自发发射的相干控制。提出了一种对集体原子态进行相干操纵的方案，使得原子系统的超辐射态可以变换为亚辐射态，反之亦然。讨论了这种方案在光量子态存储和单光子波包整形中的可能应用。结果表明，在共振线不均匀展宽的情况下，即使波包的持续时间大于超辐射寿命，具有任意脉冲形状的单光子波包也可以被记录为亚辐射态并被重构.具体分析了存储量子密码学中使用的时间箱量子比特的适用性。
2006-06-19 quant-ph
Eliminating Spectral Distinguishability in Ultrafast Spontaneous Parametric Down-conversion
利用飞秒脉冲下转换产生具有精确定时的偏振纠缠光子对时，通常会面临偏振纠缠质量下降的问题。在以前的实验中，我们已经表明，这种退化是由两个衰变路径之间的光谱可分辨性引起的，与理论预测一致。在这里，我们提出了一个实验研究的光谱补偿方案提出并首次实施的金等人。在2002年。通过测量光子对偏振相关的联合光谱特性，我们表明下转换分量之间的光谱可区分性被消除。该方案在没有任何光谱滤波的情况下在偏振基础上产生97.9+/-0.5%的可见度。
2009-05-23 quant-ph
Image and Coherence Transfer in the Stimulated Down-conversion Process
导出了受激下转换过程中产生的光强横向分布。使用量子力学处理。我们表明，泵浦激光器的角谱可以转移到受激下转换光束，使图像也可以从泵浦下转换光束。我们还表明，转移可以发生从刺激光束的下转换。最后，我们研究了通过任意形状的屏幕的衍射过程。对于双缝的特殊情况，干涉图样是明确获得。自发发射光的可见度符合非相干光的vanCittert-Zernike定理，而受激发射光的可见度是1。整体可见性与以前的实验结果一致。
2000-10-06 quant-ph
Interferometric autocorrelation in the ultra-violet utilizing spontaneous parametric down-conversion
自相关法是一种常用的超短激光脉冲宽度估计方法。在紫外（UV）区，采用二次谐波产生的标准过程越来越具有挑战性，最突出的是由于非线性晶体在非常短的波长处的吸收。在这里，我们展示了如何利用自发参量下转换（SPDC）产生一个自相关信号的紫外脉冲在红外。我们的方法利用SPDC过程的$n^{\text{th}}$顺序发射，其发生于与UV强度的$n^{\text{th}}$功率成比例的低泵浦功率。因此，对$2n$下转换光子进行计数直接产生$n^{\text{th}}$阶自相关。该方法，现在与近红外光子的检测效率高，在这里应用于第一次直接测量的超短紫外脉冲（约$176\, \text{fs}$，中心波长$390\, \text{nm}$）内的紫外增强腔。
2017-06-04 quant-ph
Quadrupole absorption rate and orbital angular momentum transfer for atoms in optical vortices
最近的实验表明，在四极跃迁中，光涡旋与原子的相互作用伴随着原子的电子态与光旋涡场之间的轨道角动量交换。早期的理论和实验工作已经排除了在电偶极原子跃迁中涡旋OAM向电子自由度的转移，并且已经证实，涉及OAM向电子运动转移的最低多极级确实是电四极。目前，四极跃迁涉及光学涡旋尚未量化，因此，我们已经着手评估的吸收率伴随着OAM转移参考$6^2S_{1/2}\rightarrow 5^2D_{5/2}$铯原子时，受到线偏振的光学涡旋的字段。我们的研究结果假设典型的实验参数表明，中等光强度的吸收率小于四极自发发射率，但仍然应该在现代光谱技术的测量能力。
2020-07-08 physics.atom-ph quant-ph
Annular Vortex Chain in a Resonantly Pumped Polariton Superfluid
我们报道了在极化激元超流体中注入角动量后形成的环形涡旋阵列。角动量由$\ell= 8$拉盖尔-高斯光束注入，而流体的全局旋转由放置在其中心的窄高斯光束阻碍。在线性区域中，可以看到包含相位缺陷的螺旋干涉图案。在非线性（超流体）制度，干扰消失，旋涡成核的结果角动量量子化。旋涡的径向位置在两个泵之间的区域中作为密度的函数自由地演变。流体动力学的不稳定性导致的自发成核的涡-antivortex对系统的大小是足够大的确认，涡不受干扰时，非线性占主导地位的系统。
2014-05-06 cond-mat.other cond-mat.quant-gas quant-ph
