单分子光子源光背景信号的研究

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1、摘要摘要高效单光子源的发展是量子计算、量子密码术以及量子网络等形式的量子信息处理的重要前提条件。光背景信号是影响单分子光子源质量的重要因素。本文中，我们具体进行了如下研究：(1)以具有简单三能级结构染料分子的单量子系统为研究对象，用带有边界条件的速率方程来反映低功率单色连续激光激励下单分子发射荧光的动力学过程，利用这种方法，我们通过时间分辨光子探测获得处理单分子动力学随机过程。研究给出了一种通过求解反映单量子系统动力学过程的物理量——延迟函数计算关联函数的方法，并给出了双能级系统和双态系统延迟函数和关联函数的具体表达式。研究表明在实

2、际测量中只要获得关联函数曲线，就可以通过数据拟合计算出分子跃迁的动力学参数。(2)研究单分子光子源探测过程中不同信号背景比下光背景信号分别为时间均匀分布和指数特性分布时的同步取样时间的选取，以获得最佳信号噪声比。当光背景信号为时问均匀分布或者较小时间常数的指数特性分布时，研究发现最佳取样时间分布在一个有限的范围，门控模式单光子测量可以提高单分子光子源的信噪比。然而当光背景信号为较大时间常数的指数特性分布时，探测不能获得最佳信噪比。(3)通过最佳信号噪声比分析，讨论了单分子辐射单光子在具有时间均匀分布光背景信号时对同步取样时间的选取。

3、利用理论分析单分子光子源最佳信噪比与取样门的对应关系，应用计算机虚拟取样测量单分子光辐射信号，有效地抑制了光背景信号的影响，分析了光场的光子统计分布特性。关键词：单分子光子源：信号背景比；延迟函数：速率方程；虚拟取样。ABSTRACTTheOpticalBackgroundCharacteristicsoftheSingleMolecularPhotonSourceGraduateName(Major)：NiuZhihong(Optics)DirectedbyProf．XiaoLiantuanThedevelopmentofsing

4、lephotonsourcesisthemainconditionforquantuminformationprocess，suchasquantumcomputing，quantumcroptographyandquantumnet．Theopticalbackgroundseriouslyaffectsthequalityofthesinglemolecularsources(SMS)．Themaincontentsofourworks：(1)Molecularsinglequantumsysteminteractingwith

5、acwlaserfieldiSinvestigated．Tlledynamicprocessofasingle-moleculeemittedphotonisdescribedbyrateequationswithabsorbingboundarycondition．Wedemonstratethatthedynamicsofthesingle-moleeuleprocessesandthestatisticsoftime．resolvedphotondetectioncanbeconvenientlydescribedinterm

6、sofrenewalstochasticprocesses．InvestigationgivestheapproachofcalculatingthecorrelationfunctionbyealculatingthedelayfunctionthatiSanimportantphysicsquantityreflectingsinglequantumsystemdynamicprocess，andexplicitexpressionsofcorrelationfunctionsfortwo．1evelsandtwo．states

7、systems．Thisapproachallowsthecalculationofdynamicsparameterofmoleculartransitionbasedonthefluorescenceintensitycorrelationfunction．(2)Wepresentthetheoreticalresearchonthesynchronizationsamplegatetimedeterminationconsideringtheoptimalsignal-to-noiseratio(SNR)viadifferen

8、tSBRwheretheopticalbackgroundshowstime—uniformitydistributionortime．exponentialdistribution．SNRofSMScanbeimprovedwith