论文部分内容阅读
处于轨道角动量纠缠态的光子在大气信道中传输时会受到由于温度、压强、密度等因素变化而产生的大气湍流对其轨道角动量传输特性的干扰,产生纠缠态的退相干,影响量子光通信系统的性能。本文主要研究斜程路径下非柯尔莫格洛夫大气湍流对自发参量下转换产生的轨道角动量纠缠的信号光与闲置光所造成的影响。根据李拓夫近似以及非柯尔莫格洛夫功率谱模型,建立了经过大气湍流效应后处于轨道角动量纠缠态的信号与闲置光子的联合探测概率模型和纠缠信号光子的探测概率模型。由数值模拟方法,分析了不同轨道角动量量子数,传输距离,地面大气折射率结构常数,传输信道的天顶角等因素对联合及信号光子探测概率的影响。分析了非柯尔莫格洛夫湍流指数在3到4之间的变化对纠缠态的影响。同时文章也分析了采用部分相干高斯谢尔光泵浦时泵浦源空间相干长度对联合探测概率和纠缠信号光子探测概率的作用。运用大气湍流像差的泽尼克多项式展开理论,分析了四种低阶湍流像差对纠缠轨道角动量态的影响,即:湍流Z-倾斜像差,湍流散焦像差,湍流像散像差以及湍流彗差。同样分析了此四种低阶湍流像差单独存在时不同轨道角动量量子数,传输距离,地面大气折射率结构常数,传输信道的天顶角以及探测器接收孔径等因素对信号光子探测概率的影响。本文得出如下主要结论:1.纠缠双光子比信号光子更易受到非柯尔莫格洛夫大气湍流效应的影响,在各种参数相同的情况下,纠缠双光子的联合探测概率低于信号光子的探测概率,轨道角动量量子数越大,纠缠光子探测概率越低。传输距离增加,光子探测概率减小。在传输距离小于500m处,概率迅速减小,当传输距离大于500m,概率减小缓慢。地面大气折射率结构常数越大,轨道天顶角越大,光子探测概率越低。随着非柯尔莫格洛夫湍流指数在3到4之间增大,光子的探测概率逐渐减小。2.参量下转换过程采用部分相干的高斯谢尔光泵浦时,在较近传输距离处泵浦光的相干度对光子探测概率影响较大,在较远传输距离处不同泵浦光相干度对光子探测概率的影响减小。3.四种低阶湍流像差中,Z-倾斜像差对光子探测概率的影响最大,其次依此是彗差和像散像差,而湍流散焦像差对探测概率几乎没有影响。