超快高相干性可调光脉冲系统与量子调控应用

批准号:
11274037
项目类别:
面上项目
资助金额:
85.0 万元
负责人:
李政勇
依托单位:
学科分类:
A2208.光学材料与器件物理
结题年份:
2016
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
MeteAtature、金光日、冯震、高凯强、毛雅亚、余向志、王志豪、杨伟
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中文摘要
基于量子阱半导体光放大器(QWSOA)独特的偏振效应,致力于发展面向量子相干调控的超快高相干性光脉冲系统,并应用于量子点调控,探索新现象,获得高质量单光子源。主要研究:(1)揭示QWSOA超快偏振旋转的微观机理,建立QWSOA包含偏振效应的脉冲传输模型,阐明基于QWSOA偏振效应的全光微分与脉冲锁模机制;(2)研究光脉冲的微分过程及电光调制器的反馈补偿,获得高重频、高相干性、大可调的亚皮秒双脉冲(孪生脉冲);(3)探索QWSOA偏振效应的脉冲锁模机制,产生稳定的飞秒光采样脉冲;建立GaAsP材料多光子吸收数学模型,研究基于双光子吸收的光采样脉冲波形测量方法,实现对低功率亚皮秒脉冲波形的测量与监控;(4)应用超快相干光脉冲系统对量子点进行调控,探索Rabi振荡、Ramsey干涉等量子现象的新特征,制备高频、高相干性、可控单光子源。本项目的完成将使我国在量子相干调控领域率先进入国际先进行列。
英文摘要
Based on the unique polarization effects of quantum well semiconductor optical amplifier (QWSOA), this project will be focused on the development of ultrafast high-coherence optical pulse generation and measurement system for quantum coherent control, and its application to quantum dots control, exploring new phenomena and obtaining high quality single-photon source. The main contents include: (1) Reveal the microscopic mechanism of ultrafast polarization rotation in QWSOA, establish the pulse transmission model including polarization effects in QWSOA, and clarify the mechanism of all-optical differentiation and pulse mode-locking based on QWSOA polarization; (2) Study the pulse differential process and the feedback compensation for electro-optic modulator by experiment, establish a set of ultrafast tunable coherent optical pulse generator, and obtain high frequency, high-coherence, and large tunable subpicosecond pulses (twin pulses); (3) Study pulse mode-locking method of the ring cavity based on polarization effects in QWSOA, and achieve stable fs optical sampling pulses; Establish the mathematical model of multi-photon absorption in GaAsP material, and study optical sampling pulse measurement based on two-photon absorption to realize measurement and monitoring of low-power subpicosecond pulses; (4) Apply the ultrafast coherent optical pulses to control the semiconductor quantum dots, observe the new features of the Rabi oscillation, Ramsey interference, and other quantum phenomena, and obtain high-frequency, high-coherence, and controllable single-photon source.The completion of this project will promote the field of quantum coherence control in China to the first class in the world.
本项目应用量子阱半导体光放大器(QW-SOA)独特的偏振效应,借助光学与全光信号处理方法,研制成功一种面向量子相干调控的高重频、可调节、高相干性光脉冲系统,并用于半导体量子点调控,获得了高频高相干单光子源。具体成果包括:.一、理论方面.应用密度矩阵方法研究QW-SOA微观量子效应与相干非线性过程,发现载流子的相干布居振荡是QW-SOA产生超快非线性偏振旋转效应的重要因素。应用Muller矩阵法,得到QW-SOA非线性偏振正交损失的解析式;在矩阵模型基础上,首次引入QW-SOA中增益与载流子浓度的对数关系,成功获得QW-SOA的量子模型,揭示了QW-SOA超快偏振效应的微观机理。.发现GaAsP的多光子吸收过程在外加电场或偏压作用下,可通过光子辅助隧穿非线性Franz-Keldysh效应得以加强,观察到多光子吸收系数在~5V偏压下近似增加一倍。揭示了多光子吸收的偏振依赖特性,其系数随1/4波片旋转角按正弦规律变化。.提出基于全光微分的脉冲压缩与整形方法,为高质量超短脉冲的产生提供了新的思路,使精密量子调控成为可能。首次发现调控激光与量子点荧光具有极为相似的光谱特性,指出相干散射是获得高相干单光子源的一种重要途径。.二、技术方面.研制成功一种高重频可调相干光脉冲系统。该系统由自主研发的基于PID控制工作点锁定的电光调制器产生高稳定光脉冲,再通过QW-SOA的超快偏振旋转实现全光微分,获得了高重频(20GHz)、高相干性(>1m)、双脉冲间隔30ps~3ns可调的亚皮秒(~1.6ps)脉冲序列。.首次应用QW-SOA的超快偏振效应,结合主动锁模以及偏振滤波技术,获得了高阶锁模飞秒脉冲系列,脉冲重频达10Ghz、峰值功率超过125mW。.实验成功一种基于多光子吸收的光采样脉冲波形测量方法,可直接测量低功率亚皮秒脉冲波形,测量精度的理论值约1fs,高于其他自相关法。.通过对自组装InAs/GaAs 量子点的相干调控,成功获得重复频率200MHz,相干长度25cm的可控单光子源。.此外,项目组还开发了以下实验系统:.1)高速QW-SOA驱动与控制系统;.2)高速低噪声单光子探测系统;.3)偏振相关损耗测试系统;.4)偏振模色散测试系统。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Environment-assisted quantum control of a solid-state spin via coherent dark states
通过相干暗态对固态自旋进行环境辅助量子控制
DOI:10.1038/nphys3077
发表时间:2014-10-01
期刊:NATURE PHYSICS
影响因子:19.6
作者:Hansom, Jack;Schulte, Carsten H. H.;Atatuere, Mete
通讯作者:Atatuere, Mete
Phase-locked flying qubits with synthesized waveforms
具有合成波形的锁相飞行量子位
DOI:--
发表时间:2013
期刊:Nature Communications
影响因子:16.6
作者:Zhengyong Li(共同第一作者);M Hugues;E Clarke;M Atatüre
通讯作者:M Atatüre
DOI:--
发表时间:2014
期刊:光学学报
影响因子:--
作者:刘岚岚;吴重庆;李政勇
通讯作者:李政勇
DOI:10.1088/0256-307x/30/1/014205
发表时间:2013
期刊:Chin. Phys. Lett.
影响因子:--
作者:Zhengyong Li;C Wu, Z Wang, T Qing, Y Wang
通讯作者:C Wu, Z Wang, T Qing, Y Wang
Frequency multiplication of microwave photonic signal based on a biased Mach-Zehnder modulator
基于偏置马赫曾德尔调制器的微波光子信号倍频
DOI:--
发表时间:2014
期刊:Infrared and Laser Engineering
影响因子:--
作者:Yang Chengwu;Li Xiaomeng;Liu Jia;Wu Chongqing
通讯作者:Wu Chongqing
高阶混叠多光子吸收量子相干调控与超快脉冲偏振瞬态测量
- 批准号:62075010
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63万元
- 批准年份:2020
- 负责人:李政勇
- 依托单位:
全光比例-积分-微分控制系统与超快光脉冲相干自锁定
- 批准号:11574026
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:73.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:李政勇
- 依托单位:
40Gb/s差分偏振编码光纤通信技术基础研究
- 批准号:60907027
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:李政勇
- 依托单位:
国内基金
海外基金
