涡旋光平衡探测系统转速测量精度与信噪比分析(特邀)

对于基于叠加态涡旋光和涡旋光零差探测等传统转速测量方式,光的远距离传输和发散等原因造成的信号光衰减会导致探测系统无法准确提取信号,而涡旋光平衡探测系统可以解决这一难题,但是以往的研究对该探测系统的精度和信噪比鲜有分析,这一定程度上限制了其工程化的进展。首先将零差探测系统作为对比项,通过分析不同转速下涡旋光平衡探测系统和零差探测系统测量精度的变化情况,证明了二者均可实现高精度测量,其次通过对比在不同信号光功率下二者的信噪比(SNR),发现了在测量微弱信号时涡旋光平衡探测系统具有明显优势;最后,通过分析不同本振光功率对信噪比造成的影响,揭示了平衡探测信噪比和本振光功率之间的关系,阐明了信噪比随本振光功率变化的原因。

量子涡旋陀螺若干关键参数的仿真计算(特邀)

半导体微腔中由光驱动的激子极化激元体系是近年来热门的物理学、光学领域研究方向,而半导体微腔中由光驱动的玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein Condensates,BEC)的量子叠加态涡旋在量子传感领域具有颠覆性的潜在应用价值。通过Runge-Kutta差分和FDTD有限元方法构建了一个精确的数学模型来表征量子涡旋陀螺激子极化激元体系的时空演化规律。在此基础上,研究了泵浦光、信号光和与半导体微腔材料相关的一些关键参数对量子涡旋陀螺激子极化激元凝聚体演化特性的影响。其中泵浦光和信号光考虑了环形光斑的几何尺寸以及它们的光强,而微腔材料对激子极化激元体系的影响通过数学上的变换,折算为有效质量对BEC体系的影响。通过大量参数扫描,得到了影响量子涡旋陀螺性能的一些关键因素,包括泵浦光的几何参数和强度、泵浦光和信号光的相关影响以及半导体微腔的材料特性。通过表征不同微腔材料的有效质量与性能之间的关系,计算了材料性能与量子涡旋陀螺仪叠加态演化之间的关系,发现有效质量的合理值范围很窄。这些工作为量子涡旋陀螺的工程样机研发提供了重要参考。

涡旋光束制备及其在惯性测量领域的研究进展(特邀)

涡旋光束是一种携带轨道角动量且具有螺旋波振面的新型结构光场。自1992年Allen等首次证明了近轴条件下带有螺旋相位因子的光场具有轨道角动量以来,涡旋光束因其在光操控、光通信、光学测量和遥感等领域中的广泛应用而备受关注,特别是近年来涡旋光束在惯性测量领域的应用吸引了诸多学者的研究兴趣。文中主要涉及三个方面的内容:涡旋光束制备方法研究进展;涡旋光束在惯性测量领域中的关键应用,具体为基于涡旋光的旋转多普勒效应和量子陀螺;最后还就惯性测量对涡旋光束制备提出的新要求进行了讨论。

环形泵浦激发下微腔激子极化激元的涡旋叠加态演化分析

微腔激子极化激元由于具有较轻的有效质量,很容易实现玻色-爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensate,BEC),其在外界驱动下产生的陀螺效应具有广阔的应用前景.本文研究了微腔激子极化激元在环形光束泵浦下微腔半径以及泵浦参数对体系演化的影响.从单分量的Gross-Pitaevskii方程出发,对环形微腔中的激子极化激元BEC体系的演化过程进行研究.通过数值模拟研究了在环形微腔中保持体系稳定演化的最大涡旋叠加态花瓣数与微腔半径的关系,分析了不同形式的环形光束泵浦作用下激子极化激元体系的演化情况,发现在微米量级的微腔半径下,特定形式的单环泵浦和多环泵浦能够使得微腔容纳更高阶的激子极化激元稳定涡旋叠加态的存在.研究结果表明,在一定的泵浦驱动条件下,微腔半径的大小与体系能容纳的涡旋叠加态花瓣数上限之间是线性正相关的,并且在改变泵浦激光构型时能够突破这一上限,产生高阶、多重的涡旋叠加态.