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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

回音壁模式微腔（whispering gallery mode,wgm）在各个领域有着广泛的应用，而模式的可调谐在传感、滤波、光开关和波分复用等领域有着无可替代的作用。例如：传统滤波器只能够滤除单一波长，不同器件对应不同波长。而可调谐回音壁模式光学微腔作为滤波器时，不仅能够实现多个波长滤除，还能根据需要动态的选择想要滤除的波长，这样单个器件便能实现多个波长的滤除。在一定程度上，大大简化了滤波器的数目，提高了系统的集成度。

回音壁模式光学微腔有非常高的q值因数，并且始终保持在从无线电频率到紫外光的广泛波长范围内，它们的小模式体积以及可调的输入和输出耦合使其非线性光学应用非常有效。非线性光学促进了光子相互之间以及与其他物理系统的相互作用。相对较小模式体积和超高q值(q107)因数的谐振器已被广泛使用于提高非线性光学过程的效率，而这些非线性过程可以产生频率梳及其梳状连续变量纠缠态，如三波和四波混合(fwm)。可用于观察与这些过程相关的量子效应。而量子纠缠的研究是量子计算和量子通信的核心。量子计算将会为特定的数学问题提供指数加速，例如大数算法、量子系统模拟和量子信息处理。另一方面，量子密码通信提供了一种绝对安全的方式来传递信息，而不存在窃听的风险。所以回音壁模式光学微腔中的非线性效应研究具有重要的研究意义。

国内外研究现状

20世纪80年代再次提出回音壁模式光学微腔（wgm）的概念，并在两个不同的方向发展，在光学领域液滴型腔的性质的研究，以及在微波领域高介电常数电介质的研究。1963 年walsh 等人室温下在几μm 的红宝石环形微腔中观测到脉宽为微秒量级的激光信号，对应谐振腔q值高达10⁸-10⁹。1967年gastine等人研究了微波在介质球中的谐振模式及q值，理论分析也同样适用于光学wgm。1989年，braginsky等人通过熔化高纯度的二氧化硅玻璃球可以得到几乎完美的微球。尽管这些微球迄今尚未达到作为量子计算机节点运行所需的参数。但它们允许观察本质上的量子效应。例如，用掺有纳米粒子的微球进行腔的qed实验。谐振器还可以用于单个病毒检测。并通过在玻璃中加入稀土掺杂剂产生激光。

2. 研究的基本内容

本文简单介绍光学微腔的概念，应用，及光学微腔的制备方法等，重点阐述了回音壁模式的光学微腔的优势，制备方法及其中能发生的各种非线性过程。另外介绍了纠缠源的产生及其在量子信息中的应用。重点讨论了利用谐振腔产生梳状的多色多组份连续变量纠缠态的方案。

1.了解光学微腔，回音壁模式的概念、制备方法及应用，及回音壁模式的微腔的优点。2.重点了解回音壁模式微腔中的各种二阶，三阶非线性过程，以及在量子光学中的应用。

3.了解纠缠态的概念及分类，产生连续变量纠缠态的方案及几种判据。4.调研如何利用回音壁模式微腔中的的级联非线性过程连续变量纠缠态。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案：

设计回音壁模式的微腔结构，使其能够有效的发生一个二次谐波过程，利用peter van.loock提出的多组份连续变量纠缠判据，研究各输出的高次谐波之间的量子关联特性，随系统参数的变化关系。

进度安排及预期效果：

4. 参考文献

[1]yuntian wen,xufen wu,rongyu li,et al.five-partite entanglement generation in a high- q microresonator[d].physical review.2015 [2]i breunig.three-wave mixing in whispering gallery resonators[d].laser photonics reviews.2016

[3]dmitry,v strekalov,et al.nonlinear and quantum optics with whispering gallery resonators[d].journal of optical society.2016

[4]guangqiang he,lxihu hu,rongyu li,highly efficient integrated generator of tripartite entanglement from χ(2) whispering gallery microresonator[d].springer science.2017