集成固态光量子存储器件研究进展

集成量子存储器在大规模量子网络建设中将扮演核心作用。近年来,人们致力于实现高性能集成光量子存储器件,其中基于稀土掺杂固体材料的集成固态光量子存储器件具有显著优势。此类量子存储器有望支持长时间、高效率、高保真、大带宽和多模式的光量子存储,还易与其他量子功能器件直接集成,发展全集成的量子信息器件。回顾了不同集成固态光量子存储器件的研究进展,包括掺铒石英光纤、钛扩散掺杂铌酸锂波导、飞秒激光直写掺杂波导和聚焦离子束刻蚀掺杂器件等,比较分析了各自的特点、潜力和挑战。     

激光二极管直接抽运中红外固体激光材料综述

利用激光二极管(LD)直接抽运稀土离子或过渡金属离子的方式产生中红外激光可以大幅度降低系统的复杂程度,提高效率。而找到合适的基质材料和离子能级结构是实现LD直接抽运产生中红外激光的关键。总结了相关研究进展和发展方向,主要包括高功率、高效率、激光二极管直接抽运的过渡金属离子掺杂II-VI族材料激光器和稀土离子掺杂晶体、玻璃、光纤、陶瓷等材料的固态激光器,这些激光器的输出涵盖了2~5μm波段,具有结构简单、成本低等优点。其中过渡金属离子掺杂II-VI族化合物,如Cr:Zn Se/Zn S,具有吸收和发射截面大、室温量子效率高、激发态吸收小等优点;而稀土离子掺杂材料,如Er3+/Tm3+/Ho3+:玻璃,具有能级丰富,可多波长抽运获得多波长发光等优点。通过对稀土离子在不同基质材料中晶格场结构能级调控有望实现波长可控的中红外激光输出。     

1μm波段低量子亏损光纤激光研究进展(特邀)EI北大核心CSCD

量子亏损对高功率光纤激光器内的废热产生和光光转换效率具有重要影响,光纤激光器输出功率的提升过程可以视为不断与量子亏损作斗争的过程。文中梳理了近年来1μm波段低量子亏损光纤激光的重要进展,重点介绍了稀土掺杂增益和拉曼增益两种体制的光纤激光器在实现低量子亏损输出方面的相关工作。在稀土掺杂光纤激光器中,采用级联泵浦、多组分掺杂、强泵浦等技术可降低激光器的量子亏损,其中量子亏损≤1%的掺镱光纤激光器已实现400 mW功率输出。在拉曼光纤激光器中,通过采用特殊掺杂、泵浦光谱调控、增益竞争抑制等技术,量子亏损≤1%的拉曼光纤激光器已实现百瓦级功率输出,并成功验证包层泵浦方案的可行性,表明其在实现高功率低量子亏损输出方面具有重要潜力。     

量子互联网关键技术与发展研究

量子互联网将量子计算、量子测量与通信相融合,可谓是量子信息技术演进的未来目标。然而,量子力学规律的限制,例如量子不可克隆、量子纠缠与测量坍塌等,对网络的网络功能、协议设计以及传输与中继等方面提出了新的挑战。首先介绍了量子互联网的基本概念与发展路径,考虑量子通信特性与经典通信的不同之处,从量子物理设备、网络协议、量子退相干与量子中继等方面对实现量子互联网的关键技术进行总结,并对量子互联网的发展进行了展望与建议。     

中德科研人员研制出高性能量子存储器

中科院院士、中国科技大学教授潘建伟等人与德国科研人员合作,日前在全球首次实验实现了具有高读出效率、长存储寿命的高性能量子存储器,在新一代量子计算研究中迈出重要一步。量子计算被认为可能是全球下一代通信和计算机技术的基础性研究,但在量子存储器这一关键器件的既往研究中,存储寿命和读出效率两个主要性能指标一直无法实现同步提升:存储寿命如提升至毫秒量级,读出效率仅有20%左右;如读出效率提升至70%,存储寿命又仅有几百纳秒到几微秒。这种仅具备单一较好性能指标的量子存储器,不能满足量子计算的应用需求。     

3 μm光纤激光器的研究进展

3 μm波段的激光在激光医疗等领域发挥着重要的作用,同时鉴于光纤激光器的突出优点,使研究3 μm波段的光纤激光器具有极高的应用价值。本文从不同的掺杂稀土离子角度对3 μm波段光纤激光器的工作原理和研究状况进行了简要概述,介绍了几种不同离子掺杂的ZBLAN光纤激光器。最后分析了当前3 μm波段光纤激光器发展所面临的问题和今后的研究方向。     

中红外宽带荧光PbSe量子点掺杂玻璃光纤研究

宽带可调谐中红外光源在光谱传感器以及医疗、环境监测等实际应用方面备受关注。目前,发光玻璃主要通过稀土离子掺杂来实现中红外波段发光,但其可调范围较小。PbSe量子点具有较窄的带隙、较大的玻尔半径,因而易实现量子限域效应。在低声子能量的锗酸盐玻璃中原位析出PbSe量子点,有望产生近中红外宽带可调谐荧光发射。本课题组利用管内熔融法成功制备了全固态PbSe量子点掺杂玻璃光纤,获得了覆盖1.8～2.8μm的宽带可调谐发射,有望用于宽带可调谐中红外光源。     

量子计算机技术发展趋势

根据美国国防高级研究计划局的量子信息科学技术路线图2.0版和<欧洲量子信息处理与通信的研究现状、远景及目标战略报告>1.4版,现在研究的有7种确定的量子计算技术(核磁共振量子计算,离子陷阱量子计算,中性原子量子计算,腔量子电动力学,光量子计算,固态量子计算,超导量子计算)和10多种潜在的量子计算技术.它们可归结成两类,一类是利用原子阱、离子阱俘获原子、光子,实现量子比特的非固态量子计算技术,另一类是采用半导体、超导体等材料的固态量子计算技术.     

纯石英光纤实现4.8μm激光输出

<正>中红外波段光纤激光器在通信、遥感和光电对抗等诸多领域中具有重要的应用价值，是国内外激光领域的研究热点。基于软玻璃光纤的稀土掺杂型激光器一直以来都是实现中红外波段输出的有效手段。但受限于软玻璃光纤的制备工艺和有限的稀土离子种类，传统的实芯光纤激光器在波长拓展和功率提升方面遇到了瓶颈，实现4μm以上激光输出困难很大。空芯光纤气体激光器的出现为中红外波段输出的实现提供了一种新途径。2019年，国防科技大学基于充有CO₂气体的空芯光纤气体激光器获得了4.3μm波段的激光输出；2022年，国防科技大学进一步利用充有HBr气体的空芯光纤气体激光器实现了3.80～4.49μm波段宽调谐激光输出。     

中红外光源研究进展

3~5μm中红外激光处于大气的窗口波段,在光谱学、遥感、医疗、环保及军事等诸多领域都有重要的应用价值和前景。因此对该波段激光器的研究是目前国际上的热门课题。简要介绍了3种产生中红外激光的方法,分别为:基于非线性理论技术、量子级联技术以及晶体掺杂离子技术,并分别指出了它们的发展趋势。     

稀土掺杂光纤放大器及其发展研究

随着光通信容量的不断扩大和光网络高功能化的迅速发展,处于C波段的稀土掺杂光纤放大器（RDFA）已不能满足发展需要。为了了解稀土掺杂光纤放大器的性能及其发展,从RDFA的基本结构出发,运用能级理论,研究掺Er3＋、Pr3＋、Tm3＋三种典型光纤放大器。结果表明在L,S波段的稀土掺杂光纤放大器能满足大容量、宽谱带、高增益、低噪声等性能要求,同时也极大地促进了密集波分复用（DWDM）系统的发展,在未来光通信领域中将具有十分广阔的应用前景。     

掺Eu3+, Sm3+, Tb3+的TTFA配合物敏化发光效应的实验研究

为了研究稀土离子的α-噻吩甲酰三氟丙酮(α-thienyltrifluoroacetone,TTFA)配合物中敏化发光效应,对自行制备出的稀土离子Eu3+,Sm3+和Tb3+单掺TTFA配合物Eu(TTFA)3,Tb(TTFA)3,Sm(TTFA)3及3种稀土离子两两共掺的配合物的荧光光谱进行了分析,得出了稀土离子Eu3+,Sm3+,Tb3+与配体TTFA的敏化特性以及稀土离子Eu3+,Sm3+和Tb3+之间的敏化特性。Eu(TTFA)3,Tb(TTFA)3,Sm(TTFA)3及3种稀土离子共掺的配合物中,稀土离子Eu3+,Sm3+,Tb3+与配体TTFA及Eu3+,Sm3+,Tb3+之间有明显的敏化效应。结果表明,将其用于聚合物光纤放大器具有良好的发展前景。     

量子通信与量子计算

量子信息学是物理学目前研究的热门领域，它主要包括量子通信和量子计算，文章简要介绍了量子通信和量子计算的理论框架，包括量子纠缠、量子不可克隆定理、量子密钥分配、量子隐形传态、量子并行计算、Shor以及Grover的量子算法，并介绍该领域的研究进展。     

掺杂稀土光纤激光器与激光放大器(续篇)

(1)美国贝尔做出的光纤放大器实验。掺铒光纤,芯径:5μm,数值孔径:0.18,掺杂:1.8×10~(18)铒离子/cm~3,泵光吸收为2.5dB/m,信光吸收为4dB/m,输入光信号为15μW(1.53μm),泵光功率为20、55、100mW(0.52μm)。由此得到的室温下增益为22dB。20mW泵浦时最佳长度为7.5m(增益为10dB)。图14是得到的主要测量曲线,从中不难看出,在高功率泵浦时,增益将出现饱和。     

量子通信及其应用前景

量子通信是近几年发展起来的新兴学科,具有巨大的潜在应用价值和重大的科学意义。介绍了量子通信的主要组成部分;分析了量子通信的保密、大容量、远距离传输等特点;对量子通信的应用前景进行了一定的探讨。量子通信不仅在军事、国防等领域具有重要的作用,而且会极大地促进国民经济的发展。     

量子保密通信标准体系建设

量子保密通信具有很高的军事价值和商业价值,得到各国政府及相关研究机构的广泛关注,已从科学研究逐渐走向规模化应用。量子保密通信产业链逐渐完善,量子密钥分发设备、单光子探测器、量子随机数发生器等成为产业链发展的关键环节,直接关系着规模化的量子保密通信网络部署和应用。介绍了量子保密通信产业化进展和标准化组织与标准进展,提出了标准体系建设的思路,为我国量子保密通信技术标准化工作提供建议和参考。     

双包层掺镱光纤的光谱性能与制备技术

双包层掺镱光纤作为光纤激光器的增益介质受到广泛关注。简要介绍了光纤中Yb＋的光谱性能,用于高功率光纤激光器的光纤结构设计以及双包层掺杂光纤的制备方法。讨论了掺镱光纤的光暗化效应的潜在机理及抑制方法。     

Tm3+/ Ho3+离子掺杂中红外超快激光技术研究进展（特邀）

稀土离子Tm3+/ Ho3+ 掺杂中红外2 μm波段超快激光由于广泛的应用前景成为近十余年来激光领域的研究热点之一。文中首先综述了稀土离子Tm3+/Ho3+掺杂固体/光纤2 μm波段超快激光锁模技术进展,包括主动锁模技术以及饱和吸收、克尔透镜、非线性偏振旋转、非线性光环形镜、非线性多模干涉等被动锁模技术;其次,结合激光增益介质及色散管理技术回顾了Tm3+/ Ho3+掺杂固体和光纤锁模激光脉冲宽度压缩进展;再次,总结了Tm3+/ Ho3+大能量/高功率超快激光技术及进展;最后,对2 μm波段超快激光发展趋势进行了总结和展望。     

二极管泵浦准三能级固体激光器的新进展

对比了掺Nd3 、Yb3 、Ho3 、Tm3 等稀土离子的准三能级固体激光的特性,分析了它们在圆棒、板条、薄片、光纤等构型的固体激光器中的工作性能.着重总结了高平均功率掺Yb3 固体激光器的最新进展,最后简要介绍了本研究小组在高功率Yb:YAG/YAG复合板条激光器和光纤激光器两方面的最新研究结果.