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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

集成光学是研究介质薄膜中的光学现象,以及光学元器件集成化的一门学科。它是在激光技术发展过程中,由于光通信、光学信息处理等方面的需要,而逐步形成和发展起来的。集成光学元件的最大优点之一是它能将常规的具有各种功能的分立光学元件集成到同一光学衬底表面上,并且与多个分立光学元件所构成的庞大光学系统具有同样的光信号处理功能。与分立光学元件相比较,集成光学元件具有体积小、结构紧凑坚固、抗干扰能力强、稳定可靠、寿命长等优点。要想制作集成光路,首先必须能够制作其基本构件一光波导。光波导是集成光学器件的基础,光波导网络就构成了光子芯片,它具有电子芯片相同的优点高集成度、高可靠性、低功耗和低成本,在光通信和光学信息处理中占据着重要地位。经过三十多年的发展,集成光波导器件的研究已从最初的单元件、单功能光波导器件,向多元件、多功能单片集成的方向发展。在这种情况下,就要求对于制备光波导的各种材料和各种工艺方法进行深入研究。另一方面，量子信息科学是一门融合了信息科学及量子力学的新兴交叉学科，对金融、国家军事、国防及国家机密等具有重要的战略意义。随着量子信息的发展，多组份纠缠源显得尤为重要。而连续变量纠缠源相对于分离变量纠缠源来说有着其独特的优势，目前分离变量纠缠源主要是单光子源，要进行符合计数探测，其探测效率很低，进而影响信息的传输速度，限制分离变量纠缠在量子信息中的应用。而连续变量纠缠尤其是明亮的连续变量纠缠源，其强度高，直接用光电管进行探测，探测效率大大提高，实现了信息的无条件快速传送。所以连续变量纠缠源的制备是量子信息科学中一个重要的研究课题。研究以多组份纠缠尤其是频率不同的多色多组份纠缠，利用不同波长或不同频率进行寻址，能完成量子通道高保真度的量子态多路分发。另外，频率可调谐的多组份连续变量纠缠源可以很容易的调谐到原子的吸收谱线，使光场量子变量携带的信息存储在原子系综，有利于进行信息的处理（例如纠缠提纯等）和适应量子信息网络。频率调谐到光纤以及自由空间的传输窗口，有利于减少传输过程中的损耗。所以研究如何产生多色连续变量纠缠源对于今后的实用量子通讯非常重要。对通讯事业的发展具有重要意义。

国内外研究现状

guangyu li等人在2006年利用红外飞秒激光直接刻写,然后对所得结构进行热修复,在硅玻璃体内部制作了三维马赫-曾特干涉波导。

seji sowa等人也在2006年用800纳米波长的飞秒激光在聚乙烯材料内部刻写了圆横截面的对称波导。

2. 研究的基本内容

本文首先介绍了波导的概念，即平面光波回路里用以限制和传导光的基本结构，其在很多领域例如信号处理、光通信和光传感等都有重要应用价值。传统的波导制备方法包括离子交换、离子注入、各种CVD方法。20世纪末人们开始利用激光辐射效应制作光波导。近年来随着超短脉冲激光技术的发展，飞秒激光制作波导逐渐成为主流。飞秒激光制作光波导采用的是一种非接触的工作方式：由显微物镜将飞秒激光直接聚焦到介质材料内部，通过激光与介质材料的相互作用以及对介质材料内部不同方向、不同层次的扫描产生的内部微结构来制作各种波导结构。应用飞秒激光制作光波导具有以下优点：作用时间极短，热效应小几乎可以忽略，因而可以大大提高加工精度，并且可以通过控制光斑尺寸和扫描过程来调节波导芯的宽度和折射率分布台阶参数，这对大规模平面光路的各种布局设计以及对光路的局部进行再加工等都是非常有利的。近红外区的飞秒激光又能避免紫外激光对大多数材料不透明的缺点，它可以深入透明材料内部在微观尺度上实现真正意义上的三维立体微加工。另外介绍了利用非线性光学过程产生纠缠源的方法，讨论了利用波导阵列中的光学参量下转换产生连续变量纠缠态的方案，并结合之前搜集到的资料提出了利用飞秒激光制作圆形截面的波导阵列产生连续变量纠缠态的方案。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实行方案：首先了解波导、耦合波导的概念，包括波导的设计、制备，尤其是利用飞秒激光制作波导的相关技术及基本理论知识。其次调研耦合波导结构及波导阵列产生纠缠态的国内外研究进展。了解耦合产生连续变量纠缠态的优势。最后提出利用圆形截面的耦合波导中简并参量下转换过程产生多组份连续变量纠缠的方案。

进度及预期效果：

2016年9月至11月

4. 参考文献

张雁.飞秒脉冲激光光刻波导技术[d].西安：中国科学院西安光学精密机械研究所，2009.

贾曰辰.介电晶体通道光波导的制备及其激光与二次谐波产生[d].山东：山东大学.2015.

谭华堂.连续变量纠缠态的制备及其性质的理论研究[d].武汉：华中师范大学.2007.