基于增强型CCD的光场高阶相干度的测量

论文摘要

光场的高阶关联是量子光学研究的重要内容之一。通过光子关联对光场的某些经典和非经典性质进行探索,可以使我们对不同光场量子态的高阶相干性获得深刻认识。在量子力学中,不同的量子态具有不同的量子统计性质。可以采用不同的物理量或者测量方法去刻画光场的性质。例如,利用光子关联测量可以得到光场的相干度,利用光子计数可以获得光场的光子数统计分布,利用正交位相测量可以获得量子态的Wigner函数,利用光子计数可以获得Mandel因子等等,这些参量从不同角度反映了不同光场的性质。传统的（Hanbury Brown Twiss,HBT）实验一般只是对光场的二阶相干度进行测量,不能反映更高阶的关联性,而高阶关联对光子数起伏更加敏感,蕴含了光场更多的不为人知的性质。量子光学在过去几十年取得了很大的进步。利用赝热光场的高阶关联性质可以实现鬼成像,进而探究量子关联的某些特有性质。在鬼成像研究方面,人们发现可以通过增加相干度的阶数来提高对比度,获得更好的鬼成像。在量子保密通讯、量子全息成像等方面,高阶关联的光场都被证明具有潜在的应用价值。在传统HBT实验中,利用单光子探测器（Single photon counting module,SPCM）测量时,随着阶数增加,原则上需要多个探测器以及多个分束器,实验系统将会变得越来越复杂。本文中我们提出了一种利用增强型CCD（Intensified charge coupled device,ICCD）获得光场的高阶相干度的方法。这种方法可以高效、快速地确定光场的高阶量子统计性质。本文主要内容包括:（1）介绍了高阶关联研究的背景、高阶关联测量的意义以及光场量子相干性应用于量子成像方面的最新进展。（2）介绍了使用ICCD作为探测手段,对同一时空点光场进行高阶光子关联的基本原理。同时介绍了采用传统单光子探测器作为测量手段,获得赝热光场和相干光场组成的混合模型理论,以及基于这个模型获得的二阶相干度、三阶相干度、四阶相干度随探测效率、入射光场平均光子数和背景噪声平均光子数的变化关系。（3）研究了采用ICCD测量时,发现在适当曝光时间和入射光强（计数率）下,可以确定相干光场和赝热光场的高阶相干度。当曝光时间为600ns,计数率为55.12×10 kc/s时,实测赝热光场的二阶相干度和三阶相干度值分别为gT2（0）=1.79±0.20,gT3（0）=4.94±0.59。我们对多达七阶的光场相干度进行了测量,相干度在四阶及四阶以下的测量结果在理论上得到了很好的解释。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 曹晋凯

导师: 张天才,李刚

关键词: 量子光学,高阶相干度,增强型,赝热光场,相干光场

来源: 山西大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 山西大学

分类号: O431.2

DOI: 10.27284/d.cnki.gsxiu.2019.001447

总页数: 52

文件大小: 3932K

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