铁电体物理与
  畴工程

准相位匹配技术
  与全固态激光器

介电体超晶格中
  的极化激元

光学超晶格与
  光子纠缠态

等离激元光子学
  与人工电磁材料




介电体光学超晶格与光子纠缠态
    

   通过非线性光学过程产生的光子纠缠态可以用来研究量子力学非定域性等最基本最核心的问题，更是当前量子计算、量子通信的基础。所以非线性光学材料的更新换代必将在量子光学领域引起一系列革命性变化。光学超晶格材料作为新一代非线性光学材料已经引起量子光学领域研究者的广泛兴趣。我们课题组多年来致力于光学超晶格的研究，能够制备出具有独特优势和性能的超晶格，发展了丰富的相位匹配方式、多样的非线性耦合过程，这些都会使得光学超晶格材料在量子光学领域大有发挥。我们看到并抓住这一机遇，最近几年开展了光学超晶格中非经典量子效应的研究，实现对光学超晶格中光学效应的研究从经典向非经典的转变。主要研究内容分以下几方面：
　

奇异双光子 纠缠态，三光子及多光子纠缠态


研究背景：
   与传统的体块光学晶体不同，光学超晶格中非线性系数可以人为调控，这相当于能够在光学晶体中引入非线性光栅，这必将改写产生的纠缠光子的纠缠特性。根据这一基本原理，我们的研究工作主要集中在如何利用超晶格中铁电畴调制来调控纠缠光子波前和纠缠特性，发展高维路经、高维频率纠缠光子态，研究高维纠缠态在量子通信等领域中的应用，制备集成的纠缠光量子器件；另外我们在理论上还开展光学超晶格中的三光子及三光子以上的多光子纠缠态，探讨多光子干涉效应，发展多光子纠缠态在量子光刻和量子成像方面的应用； 

研究结果：
   将钽酸锂和铌酸锂（LT和LN）的铁电畴调制技术和非线性惠更斯原理相结合(NHFP)，实现了对纠缠光子的波前控制。在一块多通道的周期极化钽酸锂晶体中产生了高维路经纠缠光子态，成功实现铁电畴调制信息向光子纠缠特性的加载，出现双光子亚波长干涉效应。为新型纠缠光子态制备和量子信息传递提供了全新方案。下图为不同实验条件小的纠缠光子符合计数率，其中(a)图是一个单光子计数器固定，另一路单光子计数器作横向扫描时的符合计数率；（b）图是两个单光子计数器作同步扫描的符合计数率；（c）是用泵浦光源照射样品模板后的衍射图。内置插图为多通道周期极化的钽酸锂光学超晶格。

　

新型连续变量纠缠光场

研究背景：
   由于光学超晶格中相位匹配非常灵活并且可以有多个相位匹配同时存在，在光学超晶格中能够发生非常丰富的参量过程并且可以有效伴随多个级联光学过程。利用光学超晶格的这一特色，我们在连续变量纠缠光场方面开展了一系列工作。主要研究如何利用光学超晶格产生明亮的单色、双色甚至多色连续变量纠缠光场，研究各光场之间的量子关联特性，发展基于连续变量纠缠光场的量子密集编码、量子通信等；

研究成果之一：
   理论研究了准周期光学超晶格产生三模连续变量纠缠光场的振幅相位关联特性，这种红绿蓝三色的多组分连续变量纠缠光场在量子通信中有新的应用。下图中左侧是准周期样品空间结构示意图，右侧是经过光学超晶格产生的三色参量照片。

参考文献：Y. B. Yu, Z. D. Xie, X. Q. Yu, H. X. Li, P. Xu, H. M. Yao, and S. N. Zhu, Phys Rev. A 74, 042332 (2006).

研究成果之二：
理论研究了利用增强拉曼散射效应提出了产生连续变量对纠缠频率梳的方案，成功实现频率间隔可调的多对连续变量纠缠光场，发展量子通信的密集型波分复用。下图所示为同一级斯托克斯和反斯托克斯拉曼光场之间的量子涨落关联。内置插图是用于产生多级拉曼散射的六角极化钽酸锂晶体示意图。

参考文献：Y. B. Yu, S. N. Zhu, X. Q. Yu, P. Xu, J. F. Wang, Z. D. Xie, and H. Y. Leng, Phys. Rev. A 77, 032317 (2008)

　

另外，我们还在激光操控冷分子及其相干、退相干特性方面开展了初步研究。