基于集成量子压缩光源的量子增强多普勒激光雷达（特邀）

传统激光雷达探测灵敏度不断提高,但仍然受激光光源的量子噪声以及探测端引入的额外噪声等因素限制。为了进一步提高激光雷达的探测性能,提出利用量子压缩态光场作为激光雷达的本振信号提高激光雷达探测精度的新方案,分析了所提出方案提高激光雷达探测精度的关键因素。制备了集成化低噪声压缩态光场并进行了激光雷达多普勒信息测量实验。实验结果表明,相较于传统相干多普勒激光雷达探测方案,所提方案实现了多普勒信息探测灵敏度3 dB的提升,为量子激光雷达中多普勒信息等微弱信号的探测提供研究途径。     

红外波段的外差探测技术

无线电波和微波波段的外差探测早已为人们所熟知。但红外和光学波段,由于缺乏相干辐射源和适当的接收器件,所以长期以来,外差探测技术未能在这些波段得到发展和应用。60年代后期,CO_2激光器和碲镉汞长波、快速响应红外探测器的出现,使红外探测技术从非相干探测推进到相干探测,从而把红外接收系统的极限灵敏度由“背景光子噪声限”提高到接近最终理论极限——“信号光子噪声限”。     

量子雷达应用述评

量子雷达是一种利用量子现象进行目标状态感知与信息获取的远程传感设备,采用微波量子或光量子进行探测,利用量子特性提高其探测、识别和分辨目标的能力。作为一种新概念雷达,量子雷达可以突破标准量子极限并逼近海森堡极限,具有突破传统雷达在探测和成像等方面性能极限的潜力。总结了量子雷达基本概念、研究进展等情况,综合分析了目前研究的初步结论,预测了当前可能的应用方向,最后梳理了量子雷达的重点研究方向。     

弱场偏振探测技术灵敏度及噪声的定性分析

弱场偏振探测技术是分子取向探测技术的一种。该探测技术不会破坏无外场取向分子的量子状态从而便于取向后的分子进行各种实际应用,因此这种技术在分子取向的研究中运用较为广泛。详细介绍了弱场偏振探测技术和其改进技术——平衡弱场偏振探测技术的探测原理和实验系统组成,以泰勒级数为基础采用近似方法分析、比较了两种探测技术的灵敏度,探讨了二者的噪声来源和影响。研究发现,在分子取向度较小时,后者的灵敏度比前者较强;探测激光能量涨落较大时,后者的噪声明显低于前者;探测激光能量涨落可以忽略时,二者的噪声大小比较接近。     

SEM摄象系统低照度下极限分辨率研究

本文应用量子噪声起伏理论计算了SEM摄象系统在低照度下的极限分辨率,并据此探讨了提高极限分辨率的可能途径及理论上可达到的探测极限。文中给出了实验比较。     

压缩真空注入超灵敏干涉型量子激光雷达

干涉型激光雷达是通过相位干涉检测实现高精度目标距离探测的设备,传统干涉型激光雷达相位探测灵敏度受到标准量子极限的限制,从而限制了测距精度。为了进一步打破极限,提高精度,提出了基于压缩真空态注入的相位超灵敏度干涉型量子激光雷达方案,可以使相位灵敏度突破标准量子极限,并分别推导了Z探测法、强度差探测法和奇偶探测法情况下的相位灵敏度,随后,进行仿真计算,并对性能的提升进行比较与分析。最后,在灵敏度最好的奇偶探测法的基础上,建立了存在传输损耗时的相位灵敏度模型,讨论了实现超灵敏度允许的最大传输损耗。     

一种引力波探测用高灵敏度四象限光电探测器

针对引力波探测空间天线激光干涉仪对四象限光电探测器提出的低噪声、高灵敏度、高带宽的要求,设计了一种四象限光电探测器芯片与读出电路混合集成的低噪声光电探测器.四象限光电探测器芯片采用四个性能一致的双耗尽区InGaAs PIN光电二极管单片集成结构,以降低二极管电容,减小象限间隔,提高灵敏度.通过PSPICE软件对由探测器芯片、低噪声跨阻放大读出电路构成的探测器模块进行了仿真,优化了电路参数,计算出相应的增益、带宽、噪声功率密度.性能测试表明,研制的集成式探测器模的-3 dB带宽为28.3 MHz,等效噪声功率密度为1.7pW/Hz1/2,象限增益一致性为0.76％,基本满足空间激光干涉仪的需求.     

用于精密测量的低噪声激光器研究进展（特邀）

激光精密测量的测量精度主要受限于光场噪声和各种技术噪声,在去耦合技术噪声后,光场量子噪声成为限制其测量精度的主要因素。文中针对全固态单频激光器强度噪声特性,阐述强度噪声的主要来源及其对功率噪声谱的影响,回顾了传统直流反馈控制、光学交流耦合反馈控制和量子压缩器三种强度噪声抑制技术。通过回顾相关技术的发展历程,总结了强度噪声抑制技术的当前发展水平和未来发展趋势——三种技术相结合的抑噪方案是解决高灵敏度探测的重要途径。     

一种基于光学杠杆的新型精密角度传感器研究

在精密角度传感器中,灵敏度和噪声性能是影响传感器精度的主要因素.为了提高角度传感器的灵敏度和噪声性能水平,采用以光学杠杆为基础,与萨格纳克效应(Sagnac)干涉仪结合的方法来建立一种新型的精密角度传感器.Sagnac干涉仪的干涉图样在相消干涉时对2个相干光束的光路差很敏感,而光学杠杆又可将光路差放大,从而提高灵敏度.同时,Sagnac干涉仪的相消干涉能抑制某些噪声源,从而提高噪声性能.通过实验仿真,验证了这种方法构建的精密角度传感器具有较高的灵敏度和噪声性能水平.     

量子计算机技术发展趋势

根据美国国防高级研究计划局的量子信息科学技术路线图2.0版和<欧洲量子信息处理与通信的研究现状、远景及目标战略报告>1.4版,现在研究的有7种确定的量子计算技术(核磁共振量子计算,离子陷阱量子计算,中性原子量子计算,腔量子电动力学,光量子计算,固态量子计算,超导量子计算)和10多种潜在的量子计算技术.它们可归结成两类,一类是利用原子阱、离子阱俘获原子、光子,实现量子比特的非固态量子计算技术,另一类是采用半导体、超导体等材料的固态量子计算技术.     

噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术综述

噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术(NICE-OHMS)结合了频率调制光谱和腔增强吸收光谱两种技术,是目前探测灵敏度最高的激光吸收光谱技术。首先介绍NICE-OHMS技术的基本原理和实现过程,然后概括其发展现状,重点介绍各个课题组采用的激光源、腔的精细度等关键参数,及其对探测灵敏度的影响,最后提出限制NICE-OHMS技术探测灵敏度的主要因素及其解决方案。     

基于皮秒光参量技术对1064nm超微弱光信号的灵敏探测

正光参量放大技术(OPA)是利用非线性晶体作为参考耦合元件,通过将一束强的高频激光和一束弱的低频激光同时注入到晶体中,实现将弱信号放大,同时产生另一束低频激光的过程,其具有高增益、宽波长调谐等特性、在灵敏探测方面,光参量放大技术对相干或非相干的微弱光信号不仅可以提供高增益的放大,提高灵敏度,还可以通过参量频率上转换的方式,将近红外一中红外的光信号转换为可见光等波段,不仅探测起来更加容易,还可以大大减小红外探测时不可避免的噪声干扰,有效提高了探测信噪比。使用重复频率为1 kHz、脉宽21 ps的355 nm激光作为泵浦光,在BBO晶体中实现I类相位匹配,对超微弱的1064 nm相干光进行探测、采用光参量放大技术,通过参量频率上转换,可以在532 nm处探测到经过上转换的1064 nm种子光,并实现对单光子每脉冲的灵敏探测、该OPA系统对微弱光信号的增益达到了5.75×10~7。通过长距离传输放大信号,有效减小了噪声水平,也同样提高了探测信噪比。     

一种应用于深空探测的弱信号探测技术

深空探测对于人类开发利用太空资源、探索宇宙起源具有重要意义。作为深空探测的一个重要组成部分,遥感载荷起着无法替代的作用。由于深空探测作用距离远,导致遥感载荷的信噪比很低,因此如何有效地从弱信号中检测出有用信号是深空探测技术中必需解决的关键技术。根据未来深空探测对低于散粒噪声的超微弱信号探测的需求,基于量子压缩态光场的散粒噪声小于标准量子极限的特点,提出一种基于量子压缩态光场的弱信号探测技术,给出了原理探索实验验证的结果。由于压缩光的量子特性会随着作用距离的增加而衰减,为了更贴近应用,设计了在接收端进行压缩光注入的新型激光雷达载荷方案,并给出了仿真的结果。     

低于量子破坏性测量理论极限的闭环光电流噪声压缩

采用光电流负反馈技术，分别在半导体发光／激光器件和可调谐染料激光中产生并观察到压缩量为－１３ｄＢ，－１４．８ｄＢ和－８．９ｄＢ的闭环光电流噪声压缩。这些实验结果均已突破由量子破坏性测量所给出的理论极限，为传统的量子测量理论所无法解释。文章采用光电流或光场反相关态的概念，正确解释了这一实现现象。     

单频激光宽频段频率和强度噪声测量技术

报道了一种mHz至MHz宽频段激光噪声的规范测量技术。通过研制基于迈克耳孙光纤干涉仪的相关延时自外差频率噪声测量装置和具有定标功能的光外差拍频测量装置,结合频谱分析仪和快速傅里叶变换分析仪等标准仪器,规范地测量出了单频激光在mHz至MHz宽频段内的频率和强度噪声特性,并验证了测量结果的准确性。该测量技术有望应用于引力波探测和精密测量等应用中的激光噪声评估。     

以激光冷却干涉仪反射镜

法国高师、皮埃尔和玛丽·居里大学的研究人员报道了用激光冷却反射镜 ,可提高干涉仪测量精度。由固有热噪声导致的布朗运动是干涉仪引力波探测器精度的最大障碍。该组用 810 nm Ti∶蓝宝石激光注入反射镜后高精密腔产生的同相振动测量布朗运动。用腔信号的反馈环路调制 50 0 m W辅助光 ,以减弱相位噪声。研究人员称 ,该系统可在不影响装置灵敏度的情况下将干涉仪的热噪声减至 1/ 2 0。以激光冷却干涉仪反射镜     

光电子技术 激光器

0625904基于光纤激光器的微振动信号保真拾取干涉仪〔刊,中〕/俞本立//量子电子学报.—2006,23(4).—551-554(L)0625905便携式天然气泄漏遥感探测的研究〔刊,中〕/樊宏//量子电子学报.—2006,23(4).—537-541(L)传统的天然气管道泄漏检测技术效率低、速度慢、难以满足实际应用的需要。近年来以近红外二极管激光吸收光谱为基础的光学传感器由于具有灵敏度高、体积小、重量轻和无需维护等优点而得到了广泛的应用。实验以可调谐二极管激光吸收光谱和谐波探测技术为基础,开展便携式天然气管道泄漏遥感探测技术的研究。其中使用多种常见物质作散…     

激光源噪声对光纤相干通信接收机性能的影响

本文分析了激光源FM量子噪声对数字光纤相干通信接收机性能的影响。文章从一种统计模型出发,指出由自发辐射所造成的激光场相位起伏是一个维纳过程。据此对传统的相关接收机理论作出了修改,能够用来在载波含有平稳高斯型寄生调频的条件下计算ASK、FSK、PSK相干解调器的误码率,估计载波相位起伏所导致的接收机灵敏度损失。计算实例显示,在激光源相位扩散常数与解调器载波恢复电路延迟时间之积D_τ>1时,光纤相干解调接收机的灵敏度损失会达到10dB量级。因此,为了发挥光纤相干通信的潜在优越性,压抑激光器噪声是必须解决的技术关键。     

用于纳米测量的集成化单频激光干涉仪

研究了一种基于偏振光的集成式单频激光干涉仪。利用偏振光学变换方法,实现了干涉仪的光学4细分结构,提高了测量灵敏度;构建4路正交探测结构,实现了干涉仪的无源偏振调制,扩大了干涉仪测量范围;采用光路集成化的设计方法,实现了一体化干涉仪光路集成。对激光干涉仪进行振动测量实验研究,结果表明,静态位移测量误差小于±0.3 nm,振动测量的分辨率达10 pm/Hz1/2;上述集成单频激光干涉仪具有测量精度高、稳定性好、动态范围宽、受环境影响小等优点,可被广泛用于纳米测量的各个领域。     

非简并四波混频中的相位负相关与噪声压缩及其应用

非简并四波混频中的相位负相关与噪声压缩及其应用李希曾，李立新（天津大学应用物理系天津３００７２）激光作为光源存在着量子噪声，从而使测量精度及光通信质量受到影响。但量子噪声又是不可避免的，它是由光的量子本性所决定的，并受到量子力学测不准关系的限制。振幅...