低功耗芯片型器件产生高阶边带、光频梳和量子纠缠的理论研究

This project investigates theoretically the mechanism, methods and schemes to generate higher-order sidebands, optical frequency combs, quantum correlations and quantum entanglements with the very low power consumption (the driving laser powers are sometimes as low as a few nanowatts). The project may provide good insight into the understanding for how to build the chip-based, scalable and robust devices, platforms and networks to generate higher-order sidebands, optical frequency combs, quantum correlations and quantum entanglements, and for applications in the fields of quantum optics, optical communication, quantum information science and technology in a wide range of topics that include the quantum manipulations, precision spectroscopy, atomic clocks, ultra-cold atom physics, optical communication, and the molecular fingerprinting.

本项目研究低功耗芯片型器件高阶边带产生、光频梳生成、量子关联和量子纠缠的理论、机理和方法。它旨在探索实现微型化、低功耗、可扩展和坚固耐用等特性的高阶边带产生、光频梳生成以及量子关联和量子纠缠的产生、储存、提取和传递的理论方案，为寻求合适的实验体系实现相关的低功耗芯片型器件以及可扩展和坚固耐用的量子光学和量子信息处理平台或网络提供一定理论基础。该课题的研究可促进量子光学、非线性光学和量子信息物理等科学领域的交叉融合和相关基础理论的发展，并有助于对量子体系的相干操纵和调控、量子信息学和高精度非线性光谱学等高新技术的研发。

高阶边带和光频梳产生的研究是物理、光学和信息科学等学科高度关注的课题。尽管已有大量的研究，但存在不少悬而未解的重大问题。该项目研究了研究低功耗芯片型器件高阶边带产生、光频梳生成、量子关联和量子纠缠的理论、机理和方法。它旨在探索实现微型化、低功耗、可扩展和坚固耐用等特性的高阶边带产生、光频梳生成以及量子关联和量子纠缠的产生、储存、提取和传递的理论方案，为寻求合适的实验体系实现相关的低功耗芯片型器件以及可扩展和坚固耐用的量子光学和量子信息处理平台或网络提供一定理论基础。其主要结果：1) 在当前实验条件下阐明了PT对称加强高阶边带产生和光频梳生成的物理机理；2) 探索了利用边带产生效应在精密测量等方面的应用；3) 发现了单边腔镜谐振的光学微腔中的高阶边带产生及载波包络相位效应；4) 实现了腔中电磁诱导透明相关高阶边带的形成和操控。. 在项目基金的支持下，截至结题报告撰写时本课题四年期限已有相关61篇SCI学术研究论文在国际期刊上发表，具体包括1篇Physical Review Letter、1篇Physical Review Applied、29篇Physical Review A、 3篇Applied Physics Letter、 5篇Optics Letters、6篇Optics Express、6篇Scientific Reports、 2篇Laser Physics Letter、 1篇Journal of Applied Physics、 1篇Frontiers of Physics、 1篇IEEE Photonics Journal、1篇Journal of Luminescence、1篇Journal of the Optical Society of America B、 1篇Journal of Physics B、 1篇Laser Physics以及1篇Sensors。这些论文被SCI引用655次，其中他引496次；2篇论文入选ESI的高被引论文；单篇论文最高SCI引用34次/他引30次。. 这些研究不仅具有十分重要的理论价值，有助于理解和掌握高阶边带和光频梳产生的规律和特性，而且在高精度光学测量技术、光学成像、全光信息处理器件等高新技术领域有重要的应用前景，因此已成为国际前沿热点课题。