金强强-开题报告

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1、蚌埠学院本科毕业设计（论文）幵题报告数学与物理系2015届光信息科学与技术班学生姓名金强强学号511050002课题名称基于光栗浦效应的铯原子滤波器的研究一、本课题的作用、意义，在国内外的研宄现状和发展趋势，尚待研宄的问题1、本课题的作用与意义：量子计算、量子通讯和量子密码术作为量子信息的三个主要研究领域，由于其诱人的应用前景,已成为学术界的热门课题，其中量子通讯由于其独特的安全性和高效性引起人们广泛的关注,但是由于量子通讯中通讯误码率随着传输距离的增大而指数增加，限制了远距离量子通讯的实现。目前基于原子系综实现量子存储常用的方案有基于EIT效应。基于

2、原子系综内光与多能级原子相互作用，实现对某个特定光的提取，是基于原子系综实现光存储的一个重要问题。例如基于大失谐双光子拉曼过程实现量子存储的实验中，为了探测微弱的信号光，必须将光强较强且频率与信号光相差GHz的写/读激光脉冲以及由写/读激光脉冲导致的荧光背景从信号光脉冲中滤除，此时滤波器对整个实验的成败起到了关键性的作用。通常所用的薄膜干涉滤光片其带宽较宽（100GHz）,对于窄带宽的激光信号，人们采用激光泵浦的原子气室作为滤波器滤除不想要的光。原子滤波器在基于EIT和大失谐双光子拉曼过程实现量子存储中的应用。为了成功探测微弱的信号光脉冲，同时抑制光强

3、较强的耦合光，合理设计了原子滤波器用于滤波。对于探测单光子量级光脉冲信号，需要较高抑制比的滤波器。采用原子滤波器的方式，以获得与原子跃迁频率任意失谐的激光频率，该工作为基于大失谐双光子拉曼过程实现量子存储奠定了基础。2、国内外的研究现状和发展趋势：20世纪60年代起，由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器的发展上了一个新台阶，朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉等方向努力，其中高精度、小体积、多功能、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向，导致数字滤波器、RC有源滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展。到70年代后

4、期，上述几种滤波器的单片集成己被研制出来并得到应用，90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。Mathematics软件为滤波的研究和应用提供了一个直观、高效、便捷的利器。基于光与原子相互作用将原子制备到特定的精细态或超精细态已经激发了很多人浓厚的兴趣，用于原子态制备的光泵浦作用在很多物理过程中都扮演了很重要的角色，如受激拉曼绝热输运，相干布居俘获、电磁诱导透明以及原子滤波器等。原子滤波器通过一个原子气室以及合适的外加媒介（如磁场或者激光场）来改变原子气室的吸收或者色散性质。上世纪70年代，原子共振滤波器（ARF）通过原子蒸汽的碰

5、撞、跃迁以及其他方式对信号光吸收、转移进而辐射出新的波长的光，具有超高Q值，大接受视角等特点，90年代法拉第反常色散原子滤波器（FADOF〉利用纵向磁场引起原子共振跃迁线附近的法拉第反常色散，得到了广泛研究。1995年人们利用激光场导致原子介质的二向色性实现了二向色性原子滤波器（IDEALF），该滤波器得到了快速的发展，2002年，L.D.Turner等人在钾原子气室中通过原子速度选择效应获得亚多普勒带宽的原子滤波器，2009AiessandroCere等人基于铷原子基态之间的跃迁实现了窄带宽滤波器，其峰值透射率为14.6%,带宽80M1L，边带抑制比

6、彡35dB。原子滤波器工作波长主要由原子跃迁谱线的波长决定，可用于近红外、可见光以及紫外光很多波段下，而且其带宽较窄，使得接收端信号信噪比大大提高，可将其用于在连续强背景光中探测微弱信号。近几年来，人们又开发了一种新型原子滤波器，采用选择性的光泵浦导致的各向异性来实现滤波。为了达到在光量子信息存储与释放中，选择碱金属原子的亚稳态超精细基态作为八型E1T系统的基态。几年来，在一些领域又出现采用大失谐Raman过程来进行光信息的存储，为量子信息的发展提供了一条新的途径。但是无论采用何种办法，最小都要把耦合光的强度提升到几百毫瓦量级，甚至更高。在未来，无论研

7、制何种滤波器，都必须满足原子存储的频率相差几个GHz的滤波器。我国广泛使用滤波器是50年代后期的事，当时主要用于话路滤波和报路滤波。经过半个多世纪的发展，我国滤波器在研制、生产和应用方面已纳入国际步伐，但由于缺少专门研究的部门。集成工艺和材料工艺跟不上来，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际发展有一段距离。3、尚待研究问题：在铯原子滤波器中，为了有效避免泵浦光对微弱信号光的干扰，进而研究了探测光透射率与泵浦光光强的关系。由于原子滤波器只适用于过滤频率共振以及近共振于原子跃迁线的光信号，对于频率远失谐于原子跃迁线的激光，原子滤波器已不再适用，且装置复杂

8、。传统方案中一般采用将泵浦光与探测光以小角度（＜2o）相向穿过铯泡，此方案缺点在于泵浦光进入铯