Two-photon interference is highly important, fundamental, and indefeasible features of quantum mechanics. It has numerous applications in production of quantum state, which is useful in quantum communications, quantum information processing, and quantum metrology. In this thesis, we experimentally observed a two-photon interference between a squeezed vacuum state and a coherent state with continuous variables by homodyne detection for the first time. The photon anti-bunching effect and bunching effect of the measured field were investigated by calculating the second-order correlation function from the measured quadrature amplitudes, which were obtained by two homodyne detection systems. This provides another method to observe two-photon interference, and the method has the following merits: First, we gave a new method to calculate the second-order correlation function. It provides a link to close the gap between discrete variables and continuous variables in the field of quantum optics. Then, we experimentally observed two-photon interference (particle property) by measuring amplitude quadratures (wave property) of the light field. In other words, we used a wave method to investigate the particle property of light. It may give another evidence to show the wave-particle duality of light. At last, we experimentally observed the two-photon interference at two sideband frequencies of laser light. As applications, it opens a new method to generate a single-photon frequency comb and leads to potential applications in multi-channel quantum communications technology. The detail of this thesis is included as follows: 1. We experimentally generated a squeezed vacuum state from a below threshold optical parametric amplifier (OPA) with periodically poled KTiOPO4 (PPKTP) crystal. The OPA could be controlled so as to de-amplify or amplify the injection beam by choosing the relative phase between pump and injection beams. This ensures to produce the amplitude quadrature or phase quadrature squeezed state with the squeezing level of -1 dB and anti-squeezing of 1.7 dB in the range of 5 MHz to the cavity linewidth of 35 MHz. 2. We reconstructed the Winger function of generated states by homodyne tomography. Using homodyne detection, we measured a set of probability densities for the quadrature amplitudes of the generated states. These histograms were inverted using inverse Radon transform to reconstruct the Winger distribution which showed the fluctuation of the light fields in phase space. It intuitively characterizes the generated vacuum states, coherent states, squeezed vacuum states and displaced squeezed states in our experiment. 3. We experimentally observed a continuous-wave two-photon interference between a squeezed vacuum state from an OPA and a weak coherent state on a beam splitter by measuring the second-order correlation function with the homodyne detection system. A second-order correlation function of g(2)(0) = 0:811 was also obtained when the phase squeezed vacuum state is employed. 量子光学および量子情報の実験研究については大きくわけて(1)離散変数と(2)連続変数の二つである。前者には光の粒子性を注目し、識別できない光子間の量子干渉を根幹として行う。また、後者は光(電磁場)の波動性を注目し、電場の二つ直交位相振幅を観測量として扱う。二つ分野分けますが、いずれもいろいろな量子もつれの生成するのは、量子光学と量子情報においてとても重要で、量子情報提案を実現することのキーとなる。その中で我々は光の粒子性に注目し,その特徴の一つである二光子干渉を観測することを目指している.従来,二光子干渉はアバランシェフォトダイオード(APD)による光子数を直接的に評価する離散的な測定が良く報告されてきた.一方,ホモダイン検出器を用いて連続変数である直交位相振幅のデータから光子数の情報を評価する方法は,新たな手法として期待される.本研究は、連続変数を用いて位相空間における奇妙な二光子干渉現象を実験的に検証することを目的としている。 光源として波長1064 nmで連続波(CW)のNd:YAGレーザーを使用した.光源からの光は第二高調波発生(SHG)と雑音低減のためのモードクリーナー共振器(MCC)に入射するため, 2つに分割した. SHGからの532 nmの光はポンプ光として用い,光パラメトリック増幅器(OPA)に入射し,真空スクイーズド状態を生成した. MCCからの光はseed光,コヒーレント光,ローカルオシレーター(LO)光として用いるため3つに分割した.コヒーレント光は電気光学変調器(EOM)による振幅変調(AM)もしくは位相変調(PM)によって生成した.真空スクイーズド状態とコヒーレント光を95%反射ミラーで干渉させることでディスプレイススクイーズド状態の生成を実現した.ディスプレイススクイーズド状態はEOMによるAM方式, PM式によってそれぞれ振幅スクイーズド状態,位相スクイーズド状態となる.それぞれのディスプレイススクイーズド状態が正しく生成されているかはホモダイントモグラフィを用いてWigner関数を構築することによって確認した. 二光子干渉の観測では,位相スクイーズド状態,振幅スクイーズド状態について二次強度相関g(2)(0)を測定した.位相クイーズド状態では常にg(2)(0)>1となるバンチング状態となり,二光子確率が増大していることが観測された,一方,振幅スクイーズド状態の測定では最小値がg(2)(0) =0:810:03と1を下回るアンチバンチング状態となり二光子確率の低減を観測した.この結果から,直交位相振幅を測定対象としてホモダイン検出器を使用し,二光子干渉が観測出来ていることが示された. 更に今後の光子数確率の測定に向け,実際に二光子確率がどのように変化していると考えられるのか,測定のためにはどのような光源が必要となるかを考察した.電気通信大学201
