“轨道角动量:从经典光学到量子信息”专辑前言北大核心CSCD

光子既是经典信息也是量子信息的理想载体。单个光子不仅可以携带自旋角动量,还可以携带轨道角动量。自旋角动量的研究历史比较悠久,早在1909年, Poynting就将宏观上光波的圆偏振态和微观上单个光子的自旋角动量联系起来。但直到1992年,荷兰Leidon大学的Allen等才在理论上确认光子也可以携带另外一种形式的角动量――轨道角动量,它来源于光波的螺旋相位。     

轨道角动量光束非线性转换研究进展北大核心CSCD

轨道角动量(OAM)是光的一个重要的自由度。由于携带OAM的光束具有特殊的强度相位分布以及力学效应,使得此类光束在高速光通信、测量、成像、光镊和量子信息中具有广泛的应用。关于OAM光束在准相位匹配晶体(QPM)中的频率变换研究,一方面可以研究OAM光束参与非线性相互作用时与高斯光束不同的物理机制;另一方面,非线性过程提供了多种有效的光场调控手段,可以实现携带OAM光场不同自由度的精细调控,为满足不同的光学应用奠定基础。综述了近十年来OAM光束在QPM晶体中的非线性转换研究主要进展,具体包括:非线性过程中OAM光束的守恒、传输、演化和干涉行为研究,高效率的OAM激光和单光子态频率转换研究,OAM频率转换效率模式非依赖性研究,矢量光束的频率转换研究,以及无后向选择的高维OAM纠缠态的制备研究。最后讨论和展望了OAM在QPM晶体中频率转换方面的未来研究趋势。     

光场空间结构全维度非线性调控理论及应用

得益于数字全息与几何相位平面光学技术的逐渐成熟，空间结构光场调控及应用研究已在线性光学领域取得蓬勃发展。与之相比，以非线性光学为物理途径的相关研究虽能实现许多关键功能(如光场间信息交互)却仍处于起步阶段。笔者课题组在国家自然科学基金等项目的支持下，近期聚焦光场调控与非线性光学领域前沿问题“空间多模态经典及量子光场的非线性产生、变换及接口技术”，重点突破了空间全维度参量变换理论与相关技术瓶颈，取得了一系列理论及应用创新成果，为高维量子光学相关实验研究的开展打下坚实基础。     

可调谐TEACO_2激光在AgGaSe_2中的倍频

在一台小型TEACO2激光器上采用光栅调谐的方法获得了从9．23～10．64μm范围的多谱线输出，其中7条最强的谱线用非线性光学晶体AgGaSe2实现了二次谐波转换。在基波聚焦情况下，用一片优质的14mm长的晶体，获得了R（14）跃迁10．288μm的26％倍颇能量转换效率。     

硒镓银倍频器的输出特性

我们用坩埚下降法生长出φ２０×６０ｍｍ的硒镓银（ＡｇＧａＳｅ２）单晶。在１１ｍｍ长的ＡｇＧａＳｅ２倍频器中获得了ＴＥＡＣＯ２激光的倍频输出，在１５．１６ｍＪ泵浦光下５．３μｍ倍频光单脉冲输出能量为４０２μＪ，其内部能量转换效率为２．６６％，外部匹配角宽度约为４°。     

基于频谱迁移的红外探测研究进展(特邀)

传统的红外探测主要基于铟镓砷、锑镉汞等半导体光子型探测器，然而这类探测器在常温下具有灵敏度低和噪声较大的缺点，高灵敏探测还需要深制冷，相对于成熟的硅探测器性能差距非常大。因此，将不易探测的红外波段转迁移至硅探测器的工作波段，并且利用高性能的硅基探测器进行有效探测是一种可行的路径。基于这种思想，目前发展了一种有效的频谱迁移探测方法，即通过非线性和频上转换过程将红外光子的频谱迁移到硅探测器的探测波段，从而实现高效的探测。文中系统介绍了基于频谱迁移红外探测的基本原理、主要参数和最新研究进展，最后对潜在的研究趋势和应用前景进行了展望。     

二次谐波产生的4．75μm激光

可重复生长的非线性红外晶体ＡｇＧａＧｅ２是Ｉ—ＩＩＩ－ＶＩ２簇化合物之一。具有对称的负单轴特性。使用光栅选频可调谐ＴＥＡＣＯ２激光器输出的９Ｐ（Ｘ）支线泵浦ＡｇＣａＳｅ２晶体可产生波长４．７５μｍ左右的激光。晶体长度为６．７ｍｍ，在１０．６１μｍ处按互关相位匹配加工。     

单晶AgGaSe_2红外倍频器

采用竖式布里奇曼法生长了若干优质的ф２０×８０ｍｍＡｓＧａＳｅ２单晶体。经过Ａｇ２Ｓｅ共存下退火的样品，其通光波段透过率几乎都达到反射极限。计算了Ⅰ型和Ⅱ型红外倍频器的角度调谐特性曲线，利用上述晶体制备了１０．６μｍ辐射的Ⅰ型相位匹配倍频器。在一台ＴＥＡＣＯ２激光器的１０．６μｍ信频实验中测得相位匹配角为５６．１°，接收角参数△θ·Ｌ为１．０４°·ｃｍ。     

高维量子态存储

量子通信网络主要由用于存储和操纵量子态的存储单元和联络存储单元之间的信息载体构成。光子是信息载体的最佳选择,存储单元可以由固态材料或气态原子组成。相对于二维空间,编码于一个高维空间的光子可以携带更大的信息量。若能够实现编码于高维空间的量子态存储,则在增大存储单元存储容量的同时,还可以提高网络的信道容量和传输效率,因而高维量子态的存储研究成为当前量子信息领域的热点领域。本文简要回顾了国内外在高维量子态存储方面进展,着重介绍了近期基于冷原子系综实现单光子条件下高维量子态存储的突破性进展,提出了构建高维量子网络需要解决的关键问题。