小型真空压缩光产生装置的实验研究

压缩态光场是一类重要的非经典光场,是产生量子纠缠和进行量子通信的基础,在量子光学研究中具有十分重要的应用价值。本实验通过使用稳定的光学元件和合理的光路系统,简化系统复杂性,使压缩光装置整体结构紧凑、调节方便、稳定度高和可靠性好,通过上述方法,我们利用周期性极化磷酸钛氧钾(PPKTP)晶体获得了稳定的2 dB压缩和8 dB反向压缩的真空压缩光场。本装置的目的在于提供一种稳定的真空压缩光场产生装置。

基于压缩光的量子精密测量

对任何物理量的测量都有一定的噪声,经典测量所能达到的最小噪声一般称为散粒噪声,对应着测量的标准量子极限.利用压缩光可以突破标准量子极限,从而提高测量精度.本文介绍了压缩态光场用于突破标准量子极限的基本原理,以及压缩态光场在相位测量、光学横向小位移及倾斜测量、磁场测量以及时钟同步等精密测量领域的应用和最新进展.

Kerr效应对压缩光场中二能级原子系统偶极压缩的影响

研究了在考虑Ｋｅｒ效应的情况下，单个二能级原子与压缩相干态辐射场相互作用中原子的偶极压缩效应，讨论了Ｋｅｒ效应以及其它一些因素，诸如失谐量、相干振幅分量、初始压缩光场的压缩参量等对原子偶极压缩行为产生的不同影响。

铷原子D1线真空压缩光场的产生及态重构

碱金属原子是光量子存储的良好介质,与碱金属原子共振的非经典光场是量子信息处理的重要资源.本文采用周期极化磷酸氧钛晶体作为非线性介质,利用参量振荡过程产生了795 nm(铷原子D1线)的真空压缩光场.通过对平衡零拍探测系统的时域信号进行采集,得到压缩光场不同相位角下的噪声分布;利用极大似然估计法对压缩光场进行了态重构,得到了密度矩阵及相空间的Wigner函数.理论计算了真空压缩场的光子数分布和Wigner函数,并对理论计算结果和极大似然重构结果进行了分析和比较.

Tripod型双电磁诱导透明原子系统中压缩光的传输（英文）

采用海森堡-朗之万方法理论研究了Tripod型双电磁诱导透明原子系统中压缩态探针场的传输特性.研究结果表明:通过双透明窗口压缩光可实现双通道传输,且每个通道可以被独立操控;当两束耦合场的频率失谐相等时,输出探针场的压缩度可以得到更好的保持.此外,输出探针场的压缩度可以通过耦合场的拉比频率、原子的光学厚度和基态退相干率以及探测频率来操控.该研究结果为进一步优化多通道量子存储提供依据.

啁啾光脉冲的振幅调制和相位扰动对压缩光脉冲的影响

通过采用分步傅里叶变换法求解非线性薛定谔方程,模拟了啁啾光脉冲有振幅调制和相位扰动下的自相位调制(SPM)对压缩光脉冲对比度和预脉冲宽度的影响。结果表明:啁啾光脉冲的振幅调制深度和相位扰动深度越大,则压缩后的光脉冲对比度越小;啁啾光脉冲的振幅调制周期和相位扰动周期越小,则压缩光脉冲的预脉冲宽度越大。

基于广义卡尔曼-布西滤波的压缩光相位自适应估计方法

应用量子理论获取导航测角中的相位参数,有望获取超越经典理论极限的定位精度.在利用量子零拍探测测量相位压缩光的相位时,本振相位与待测相位在正交的前提下得到的零拍电流受到散粒噪声的影响最小.为了保证本振相位能够时刻满足此条件,并考虑到导航系统非线性和实时性的特点,基于广义卡尔曼-布西滤波设计了零拍锁相环,对本振相位进行实时的反馈控制,进而实现对压缩光相位的实时估计.理论分析以及仿真结果表明,利用压缩光作为信号场获取相位参数时能够突破散粒噪声的限制,提高导航测角系统的定位精度,并且在最优压缩度处相位估计精度最高,最优压缩度取决于压缩光强度以及测量系统的相位稳定性.

Dressed原子与多模弱压缩光场的单光子相互作用

采用dressed原子的方法,处理了dressed原子与多模压缩光场之间的单光子相互作用。计算了各dressed原子本征态之间的跃迁速率,并讨论了在稳定时,弱光场的存在对共振荧光的影响以及dressed原子对弱光场的吸收和辐射。

双光子Dressed原子与多模压缩光场的双光子相互作用

本文采用了dressed原子的方法,处理了双光子dressed原子(以下简称dressed原子)与多模压缩光场之间的双光子相互作用,计算了各dressed原子本征态之间的跃迁速率,并讨论了在稳定时,弱无场的存在对双光子共振荧光的影响以及dressed原子对弱光场的吸收和辐射。

压缩光场中T-C模型场熵的演化

本文研究了单模压缩相干态光场与两个耦合二能级原子相互作用过程中 ,场熵的演化规律。着重讨论了光场的压缩因子γ和原子之间的耦合系数 g对场熵的影响。本文第一次在压缩光场中研究场熵的演化特性 ,得出许多新的结果。由于模型复杂 ,得到场熵的解析解非常困难 ,但借助于数值计算 ,便可以形象地模拟场熵的演化规律 ,数值计算表明 :图 1 场商随时间的三维演化曲线一、场熵的演化具有明显的振荡特性 ,这说明光场与原子的关联程度是振荡的。当原子间的偶极—偶极相互作用很弱时 ,场熵演化的第一阶段相对光滑 ,而在随后的时间内剧烈振荡。当 g增大到一定程度时 ,原子间的相互作用对场熵演化的影响已十分显著。主要表现为 :在场熵演化相对光滑的第一阶段 ,随着 g的加入 ,已经不再光滑 ,而是剧烈振荡 ,这相当于在其上叠加了非等幅的高频的“熵振荡”成分 ,从而使得演化曲线的振荡异常剧烈。继续增大 g ,且 g只取整数时 ,可以发现 :整数 g影响着演化曲线的振荡周期 ,Rabi型振荡频率和附加高频“熵振荡”的幅度。整数使得整个演化曲线的振荡周期增大 ,Rabi型振荡频率减小 ;而附加高频“熵振荡”的幅度减小 ,即振荡减弱 ,但其振荡的频率和周期不变。g的小数部分则调制了整个演化曲线的形状。

基于压缩光的量子激光雷达技术（英文）

利用Wigner函数对真空态、单光子态、压缩态在相空间的噪声分布进行仿真,并系统分析了基于压缩光的量子相干激光雷达和压缩光注入式量子激光雷达.研究表明,相比经典激光雷达,较高压缩度有利于量子相干激光雷达探测信噪比的提升,理论上8dB的压缩度可以使信噪比提高6.25倍;而压缩光注入式量子激光雷达系统的空间分辨率主要取决于真空压缩光的压缩度和无噪声相敏放大系统的增益.由于压缩光对探测信噪比的提升作用,量子激光雷达在微弱信号探测和高分辨率成像领域具有显著优势.

基于参量放大器的铯原子D2线明亮偏振压缩光源的产生

原子线共振波段量子光源的制备在精密测量以及研究非经典光与物质的相互作用方面具有重要意义.本文报道了在实验上首次利用低于阈值的环形光学参量放大器产生铯原子D2线的明亮偏振压缩光.实验上利用参量放大过程产生了波长852 nm附近三个斯托克斯参量的偏振压缩光源,在频率为2-10 MHz范围内,实测最大压缩达4.3 dB,考虑探测及传输等因素,参量放大器出射的压缩为5.2 dB(即标准量子噪声基准的30.2%).该原子线共振的量子光源在量子存储、光与原子相互作用和超越标准量子极限的精密测量等领域具有重要的应用价值.

非线性Tavis-Cummings模型压缩光场的Pancharatnam相位特性

研究了存在非线性Kerr介质时耦合双原子与单模压缩真空场相互作用系统的Pancharatnam相位特性、选取合适的初始条件并运用旋波近似,通过解薛定谔方程求出Pancharatnam相位的表示形式,并对此相位进行数值分析、结果表明:耦合双原子处于任意初态,随着原子与光场相互作用强度、两个二能级原子偶极-偶极耦合强度和非线性Kerr介质非线性的增大,Pancharatnam相位演化的频率都显著增长、耦合双原子初态同处激发态时,Pancharatnam相位演化有明显的振荡上升(或振荡下降)趋势、耦合双原子初态只有一个处于激发态时,随着Kerr介质非线性作用的增强,Pancharatnam相位演化变混乱、

双模压缩光双曲线定位方案设计与分析

采用无线电信号的双曲定位方法由于受到其信号功率与带宽的制约,其定位精度存在着不可逾越的上限,且易受干扰、测量距离有限等问题日趋显现,而采用量子纠缠信号作为测量信号,可以突破经典无线电信号体制的限制,大大提高定位精度与保密性,实现具有超高精度、远距离、强抗噪抗干扰性等优点的量子定位。就此提出一种基于双模压缩光与Bell态直接探测的双曲线定位方案,使用双模压缩光作为发射信号,在目标接收端使用Bell态直接探测系统对两路纠缠光进行检测并对其中一路光束进行延迟,而后提取其正交分量的关联噪声,取关联噪声的最小值时对应的延迟时间作为两光束的完全量子关联时刻,即为两纠缠光的波达时间差,通过时间差的测定可以转换得到距离差,得到1组双曲线,另选2个基点重复上述过程可得第2组双曲线,从而实现定位。通过理论推算与一定假设条件下的仿真分析,给出理论上能达到的定位精度与误差范围。

非临界压缩光场探测的实验方案研究

压缩态光场作为一种重要的量子光源,在量子计算、量子通信、精密测量等领域有广泛的应用前景.在非临界压缩光场产生的理论预测中,阈值以上泵浦的简并光学参量振荡器(DOPO)产生横向空间分布为一阶厄米高斯模式的非临界压缩光场,具有对泵浦光功率波动鲁棒性的量子特性,因此在实验中具有重要的应用价值.然而该非临界压缩光场的横向幅角随机旋转,导致无法利用本底探针光对其压缩特性进行稳定的平衡零拍实验探测.本文提出利用DOPO同时产生的与压缩光场空间正交的明亮光场作为本底探针光的实验探测方案.理论分析表明,该方案虽然引入了真空噪声,但可以很好地抵消压缩光场空间模式随机旋转引入的探测输出动态波动,得到3 d B的稳定探测结果,且对本底探针光的相位波动具有鲁棒性.因此该探测方案对于非临界压缩光场的实验研究具有重要的实用价值.

非线性光环路镜压缩光脉冲的理论和数值分析

阐述了非线性光环路镜 ( NOLM)的基本原理 .通过研究它的光学特性 ,我们发现 ,由于自相位调制 ( SPM) ,NOLM有压缩光脉冲脉宽的功能 .因为光的克尔效应是瞬时的 ( 2～4fs) ,所以 NOLM的这种功能在高速光纤通信系统中有潜在的应用前景 .

V型三能级原子玻色—爱因斯坦凝聚体与双模压缩光场相互作用系统中光场的量子相关性质

研究了V型三能级原子的玻色—爱因斯坦凝聚体(BEC)与双模压缩态光场相互作用系统中光场的量子相关特性。结果表明:双模压缩态光场在与原子玻色—爱因斯坦相互作用过程中,其量子相关性质保持不变,完全决定于初始光场。

基于电磁诱导透明机制的压缩光场量子存储

光场的量子存储不仅是构建量子计算机的重要基础,而且是实现量子中继和远距离量子通信的核心部分.由于存在不可避免的光学损耗,光学参量放大器产生的压缩真空态光场将变为压缩热态光场,不再是最小不确定态.因此,压缩热态光场的量子存储是实现量子互联网的关键.在原子系综中利用电磁诱导透明机制能够实现量子态在光场正交分量和原子自旋波之间的相互映射,即受控量子存储.本文根据量子存储的保真度边界,研究了实现压缩热态光场量子存储的条件.量子存储的保真度边界是通过经典手段能够达到的最大保真度,当保真度大于该边界时,就实现了量子存储.通过数值计算分析了不同情况下压缩热态光场的量子存储保真度边界,以及存储保真度随存储效率的变化关系,得到了实现量子存储的条件,为连续变量量子存储实验设计提供了直接参考.

偏频技术锁定压缩光产生中的光学参量振荡腔

为了解决机械振动、空气流动等外界因素引起的光学参量振荡腔的不稳定问题,利用偏频锁定技术稳定光学参量振荡腔.首先从理论上分析偏频锁定点的选取与压缩度的关系,得出透射峰值一半的位置为最佳锁定点.然后在实验上实现了光学参量振荡腔的锁定,并对锁定后的光学参量振荡腔进行了稳定性测量.实验结果表明,光学参量振荡腔的腔长在2h以内的锁定精度为7.27nm,最长稳定时间可达3.8h,能够满足对压缩光的探测需要.