基于光学偏振控制的散粒噪声极限微振动光学测量方法

物体微振动信号测量在磁场、建筑、生物成像及航空航天等方面具有重要的应用价值。但是,物体微振动产生的弱反射光不仅极其微弱,易受到探测距离、雨雾气等环境因素的干扰,而且低频振动的振动形式多变,易受到经典噪声影响,难以实现极端微弱反射光条件下的振动信号测量。针对以上问题,文中采用光学偏振控制方法,对信号光与本振光的偏振性进行控制,以减少光学噪声的干扰;采用平衡外差探测,将低频直流信号转变为高频交流信号,避免信号被噪声湮没的同时,克服了光电流共模噪声的影响。在赫兹(~10 Hz)频段,探测器的噪声水平达到了散粒噪声极限,并实现了阿瓦量级反射光条件下的微振动信号测量,测得的物体微振动振幅为11.44 nm,A类标准不确定度为0.25 nm,合成不确定度为0.34 nm,测量精度为±0.75 nm。该方案不仅为微弱多普勒频率测量、振动检测等测量领域的研究提供了实验支持,在弱反光、长距离、雨雾天气等复杂测量环境也具有广阔的应用前景。

Sub-shot-noise measurement for slight absorption

Sub\|shot\|noise measurement for slight absorption is experimentally achieved with the twin beams of quantum correlation. The improvement in signal\|to\|noise ratio of 2.5 dB relative to the SNL is obtained. The experimental results demonstrate the predictions of the semi\|classical theory.

基于零拍探测和压缩真空光输入增强Sagnac效应

利用量子技术增强Sagnac效应提高陀螺输出精度具有重要的研究意义,是实现全自主导航的重要途径.以相干态激光作为输入光源的光学陀螺因真空零点波动使其输出精度限制于散粒噪声极限而难以提高.为减小真空波动的影响,提出在激光输入的分束器的另一输入端输入压缩真空光并结合平衡零拍探测技术的方法增强Sagnac效应.理论分析表明Sagnac效应性能得到有效提升:干涉输出的灵敏度检测极限和动态范围均随着压缩程度的增加而呈指数级增长.该方法只需对经典光学陀螺做少量改动就可实现,是提高光学陀螺输出精度的一种新方法.

压缩真空光输入和光子计数法增强Sagnac效应（英文）

压缩真空光输入和平衡零拍探测可有效增强Sagnac效应,提高陀螺精度;考虑平衡零拍探测的相位精度与相位自身相关,仅在某特定相位能达到最佳灵敏度,设计了一种基于光子计数法提取Sagnac输出相位的方案,并利用贝叶斯理论估计相位.理论分析结果表明,该方法能突破散粒噪声极限,相位精度不再受限于相位自身,且当压缩真空光和相干激光功率相同时,精度在理论上能达到海森堡极限.

高功率孪生光束的产生与测量

讨论了一种用于运行于阈值以上的光学参量振荡器所产生的高功率孪生光束的测量方案。理论上讨论了分束器在高功率强度噪声测量中的作用,证明了分束器的引入并不影响强度量子关联的测量。并在实验上给出了高功率孪生光束的测量结果。

一种低于散离噪声极限的微小相移测量方法

本文提出一种利用量子相关孪生光束进行微小相移测量的新方法。并从理论上证明了该方法的相位测量精度不受散离噪声极限的限制。在理想情况下最小可测相移趋近于零。

谐振式微光学陀螺系统设计

集成化、微型化是谐振式光学陀螺的发展趋势之一。通过分析在一定激光器线宽情况下,谐振式微光学陀螺(R-MOG)系统极限灵敏度和环形谐振腔光路中各主要参数之间的关系,得到环形谐振腔耦合系数与环形谐振腔损耗参数间的关系。设计优化R-MOG系统的主要光学参数,使得系统的极限灵敏度达到最高。并且对实际设计的集成微光学环形谐振腔组成的R-MOG系统进行模拟转动的开环响应测试。为R-MOG系统的构建提供了理论及实验基础。

光量子噪声对激光干涉仪引力波探测器灵敏度的影响

激光干涉仪在引力波发现中起着关键作用,光量子噪声是干涉仪灵敏度进一步提高的主要障碍。详细分析了光量子噪声中霰弹噪声和辐射压力噪声产生的机制和主要特点,讨论了标准量子极限,扼要介绍了信号循环、压缩光场等标准量子极限突破技术。

不完善探测对强度差压缩度及光学测量精度的影响

文章讨论了探测系统的传输损耗与非理想探测器对量子相关孪生光束强度差压缩度和低于散离噪声极限光学测量精度的影响，特别推导出两臂不平衡下探测效率的数学表达式，并结合实验参量进行了数值计算。

基于铯里德堡原子的太赫兹探测能级机理

为了更深入地探索基于铯里德堡原子的太赫兹新探测技术,通过仿真模拟研究了在四能级里德堡原子模型下,其原子跃迁后的辐射寿命以及不同跃迁模式下(S_(1/2)→P_(3/2)、D_(5/2)→P_(1/2)、D_(5/2)→P_(3/2))的系统散粒噪声限制灵敏度。仿真结果表明,原子跃迁后的辐射寿命会随着其能级主量子数的增大而增加;且在模型3种跃迁模式中,S_(1/2)→P_(3/2)的原子辐射寿命较其他两种跃迁模式短。对于散粒噪声限制灵敏度方面,探究发现D_(5/2)→P_(1/2)的跃迁模式下灵敏度数值最小,即该跃迁模式下系统的探测灵敏度最高。该结论为基于里德堡原子太赫兹探测技术提供了参考,使其对生物、材料领域的微弱信号的探测奠定了基础。

利用模清洁器降低单频Nd∶YVO_4激光器的强度噪声

对全固化激光器输出激光的强度噪声谱进行了理论分析与实验测定 ,设计了由三镜环行腔构成的模清洁器 ,利用它过滤高频噪声的特性使单频Nd∶YVO4 激光器的强度噪声降低 ,通过模清洁器之前激光在 30MHz才能达到散粒噪声极限 ,通过模清洁器之后在 7MHz处便达到散粒噪声基准。设计中兼顾了窄线宽与透过效率两方面要求 ,模清洁器的透过效率为 70 %。

光场压缩态的产生及其在亚散粒噪声光学测量和量子信息中的应用

光场压缩态是一种非经典光场 ,它在超标准量子极限 (SQL)的高精度光学测量、超低噪声光通信及量子通信等领域有着广泛应用前景 ,是物理学和信息科学交叉前沿研究课题 .文章介绍了光场压缩态的产生及它在亚散粒噪声光学测量 (sub shot noise limitopticalmeasurement)和量子信息中的重要应用 .

光纤光子纠缠增强陀螺的现状与认知

1996年,Bollinger等指出利用光子纠缠态NOON态可使干涉仪的相位测量精度相对于散粒噪声极限提高√N倍,达到海森堡极限(Heisenberg Limit Measurement)。2019年5月8日,奥地利科学家马蒂亚斯·芬克(Matthias Fink)团队在《New Journal of Physics》上报道了纠缠增强光子陀螺,其利用纠缠光源降低光子de-Broglie波长,实现了超过散粒噪声极限的相位测量。马蒂亚斯·芬克团队的研究成果在业界引起较大反响,并聚焦为光纤光子纠缠陀螺的研究热点。基于新型光纤光子纠缠增强陀螺的相关概念,对光纤光子纠缠增强陀螺的工作原理、理论可实现精度、国内外研究基础和现状等进行了收集梳理、学习分析、认知提升,进而在此基础上针对相关技术,如光子纠缠源、光子纠缠通量的增强抑衰、信息的逻辑采集处理解算、光子纠缠增强陀螺集成技术、光子纠缠陀螺系统验证技术等的创新推进提出了一些浅显看法以商榷。通过上述工作也期望能"抛砖引玉",为我国光纤光子纠缠增强陀螺技术的起步和未来的发展推广应用奠定基础,并激励广大研究者继续深入探索。

压缩态光场产生与应用实验研究进展

量子光学是近30年蓬勃发展起来的前沿学科。量子光学研究光场的量子特性及量子化光场与物质的相互作用,以揭示更多更深层次的物理效应。通过量子光学实验手段,人们能以精美而简捷的方法直接显示与验证许多量子力学基本原理,在量子层次上探讨辐射场及原子的动力学行为。另一方面,某一分量噪声低于散粒噪声基准的非经典电磁场态——光场压缩态(squeezed state),应用于光学测量和光通讯系统,可以突破标准量子精确度极限,完成超微弱信息的检测与传输。

三电子原子^(6)Li D线跃迁绝对频率的精密测量

在^(6)Li冷原子系综中,本团队发展了弱探测光和强本地光差拍探测的技术,在极低探测光功率密度的条件下(<10^(-3)饱和光强),实现了达到光子散粒噪声极限的光谱测量.基于高精度光学频率梳的频率稳定性传递链,将探测光锁到光梳上,精确测量了^(6)Li原子的D线跃迁频率,得到不确定度优于1 k Hz的^(6)Li D1线跃迁的绝对频率,比当前最高精度的测量提高了一个量级.2P能级精细结构劈裂和2P1/2能级超精细结构劈裂分别为10052.7804(18)和26.1031(14)MHz,与最近的相对论修正及量子电动力学修正的理论计算相符合.本团队的测量结果给更高精度的理论计算提供了实验基准,同时也有助于解决之前不同实验测量的差异.

瞄准误差对多脉冲位置调制星间激光通信系统误符号率的影响

分析了多脉冲位置调制星间激光通信系统的性能,在散粒噪声极限下,给出了平均误符号率(ASER)的解析表达式;在热噪声极限下,给出了ASER的紧密上边界的解析表达式,并验证了理论计算的正确性。数值仿真结果表明,随着抖动方差的增大,系统性能迅速下降;当发射功率的取值范围不同时,不同束腰半径下系统性能存在差异;当单个符号中的脉冲数不变时,增大符号中的时隙数可提高系统性能,但带宽利用率也会降低。故在系统参数的选取中,需要综合考虑以上因素。