【摘 要】
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硅波导芯片是实现非线性光学转换的优良平台。本论文针对经典四波混频和量子纠缠光子产生的需求,对硅基微环谐振腔进行优化设计,实现微环谐振腔中相互作用四个光场品质因子的精确调节,提高四波混频的效率和纠缠光子的产率,为全光信息处理和光量子信息提供新的思路和技术途径。论文的主要研究内容包括:（1）通过建立频域的耦合模方程首次推导出脉冲光泵浦的微环谐振腔中四波混频的转换效率公式,得到优化转换效率的最优耦合条件
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硅波导芯片是实现非线性光学转换的优良平台。本论文针对经典四波混频和量子纠缠光子产生的需求,对硅基微环谐振腔进行优化设计,实现微环谐振腔中相互作用四个光场品质因子的精确调节,提高四波混频的效率和纠缠光子的产率,为全光信息处理和光量子信息提供新的思路和技术途径。论文的主要研究内容包括:（1）通过建立频域的耦合模方程首次推导出脉冲光泵浦的微环谐振腔中四波混频的转换效率公式,得到优化转换效率的最优耦合条件为泵浦和转换光场都处于各自的特定过耦合点;（2）设计干涉仪作为微环的耦合器,实现四波混频中的泵浦、信号和闲置品质因子的连续、独立的调节,找到实现最优耦合条件的技术途径;（3）实验加工了硅基单干涉仪和双干涉仪耦合的微环谐振腔,验证了最高的连续四波混频效率需要四波都处于临界耦合条件,而脉冲泵浦条件下确实要求泵浦和转换光都处于过耦合条件;（4）通过干涉仪耦合的微环谐振腔实现了对自发四波混频过程效率的优化,在泵浦、信号和闲置光子品质因子独立和不独立情形下的分别实现最优耦合条件,制备出了高亮度、高信噪比的纠缠光子对。当连续功率为271μW时,最高光子对符合计数率达到20305 Hz,片上光子产生率为3.74 MHz,光子对谱密度为1.80 × 10~9pairs.s-1.nm-1.mW-2,为国际领先水平。
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