Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, Shanghai 200062, China
2 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
Optical clock networks have distinct advantages for the dissemination of time/frequency, geodesy, and fundamental research. To realize such a network, the telecom band and optical atomic clocks have to be coherently bridged. Since the telecom band and optical atomic clocks reside in a distinct spectral region, second-harmonic generation is usually introduced to bridge the large frequency gap. In this paper, we introduce a new method to coherently link a 1550 nm continuous wave laser with a Ti:sapphire mode-locked laser-based optical frequency comb. By coupling the 1550 nm continuous wave laser light and the Ti:sapphire comb light together into a photonic crystal fiber, nonlinear interaction takes place, and new comblike frequency components related to the 1550 nm laser frequency are generated in the visible region. Consequently, we can detect beat notes between two combs in the visible region with a signal-to-noise ratio of more than 40 dB in a resolution bandwidth of 300 kHz. With this signal, we realize an optical frequency divider for converting the frequency of optical clocks in the visible region to the telecom band at 1.55 μm. An out-of-loop measurement shows that the additional noise and uncertainty induced in optical frequency conversion are at 1 s averaging time and , respectively, which are limited by the uncompensated light path fluctuation but fulfill precision measurement using state-of-the-art optical clocks.
Photonics Research
2024, 12(2): 350
连续变量量子远程传态在构建连续变量量子计算以及量子信息网络中发挥着重要作用。在实际的通信过程中, 由于周围环境的干扰, 量子纠缠通常会和周围的环境发生相互作用, 从而导致纠缠度减弱, 进而影响量子信息的正确传送, 导致隐形传态保真度的降低。实用的通信系统, 不是简简单单地从一个点到另一个点, 而是一个复杂的网络。因此利用多组份的纠缠态光场建立复杂的量子网络是必需的。本文利用四组份GHZ纠缠态光场来构建量子隐形传态网络, 得出该网络系统下传送量子态的保真度公式, 并仿真出不同压缩参数下增益因子对保真度的影响关系曲线, 仿真结果表示: 每一个确定的压缩参数都有一个最大保真度值, 对于确定的压缩参数r, 保真度随着增益因子的增大呈现先增大后减小的趋势。压缩参数r越大, 量子态恢复的保真度越好。当增益因子取值不合适时, 即使压缩参数比较大, 其保真度也无法达到较高要求。
量子隐形传态 多组份 增益因子 保真度 纠缠态光场 quantum teleportation multipartite gain factor fidelity entangled optical fields 量子光学学报
2023, 29(4): 040102
华中光电技术研究所- 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
基于光子晶体微腔的腔光机加速度计将机械谐振子及高品质因数光子晶体腔相结合, 其中的机械振子在机械震荡模式下对微弱力/位移敏感的特性, 可以实现极低的噪声水平, 理论上能够达到标准量子噪声极限, 是高精度加速度计的重要发展方向。对拉链式光子晶体腔光机加速度计的原理和结构特点进行分析, 设计了一种应用于加速度计的硅基拉链式光子晶体腔和机械振子结构。分析了拉链腔的结构参数对光学Q值的影响, 通过调节结构参数将光腔的谐振频率控制在195 THz附近, 并分析了机械振子和光腔的机械谐振特性, 光腔的有效质量为 30 pg, 加上机械振子后有效质量为3.1 ng, 光机耦合率达到GHz/nm量级, 为基于硅基拉链腔加速度计的制造和表征提供了指导。
微型光机电系统 加速度计 高精度 拉链腔 光子晶体 micro-optical electromechanical (MOEMS) accelerometer high precision zipper cavity photonic crystal
为探究橡胶再生集料在地聚物混凝土中的增韧作用, 采用不同比例的橡胶再生集料(粒径为0.15~0.3 mm和1~4 mm)代替地聚物混凝土中的普通集料。首先, 采用工业废渣中粒化高炉矿渣粉为原料, 水玻璃溶液和NaOH为激发剂制备地聚物胶凝材料, 并与普通集料、橡胶再生集料混合制备地聚物橡胶混凝土; 然后对地聚物橡胶混凝土的力学性能、抗冲击性能和强度机理进行探究。结果表明: 添加适量比例的橡胶再生集料可提高地聚物混凝土的抗压强度, 增幅为5%左右, 这与橡胶再生集料表面在NaOH碱环境中的氧化和降解作用有关; 但地聚物橡胶混凝土在劈裂荷载和弯曲荷载下易断裂, 劈裂抗拉强度和抗折强度降低20%~30%, 这是地聚物橡胶混凝土的典型特点。通过落锤冲击试验和弯拉冲击试验可知, 橡胶再生集料能大幅提高地聚物混凝土的抗冲击性能, 最高增幅超过200%。这是由于橡胶再生集料具有的柔性和弹性特征吸收了部分冲击能量, 同时延缓了冲击荷载下混凝土初始开裂到失效破坏过程, 减少了裂缝开裂应力集中, 提高了地聚物混凝土的延性。在地聚物碱性条件下, 橡胶颗粒表面发生氧化和降解作用, 表面变得粗糙, 与地聚物基体结合紧密; 橡胶表面在NaOH作用下, 产生羟基、羧基等亲水基团, 有利于水化产物在橡胶再生集料表面附着。
地聚物混凝土 橡胶再生集料 力学性能 抗冲击性能 固体废物 geopolymer concrete recycled rubber aggregate mechanical property impact resistance solid waste
1 中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室,北京 100190
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京 100049
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
对基于衍射光学系统的激光雷达的波束展宽方法和作用距离进行了分析,介绍了实验样机的研制情况。根据实际激光雷达的成像特点并结合宽幅成像的需求,提出了离焦扩束、加柱面镜扩束以及基于衍射镜的波长变化扩束3种接收波束展宽方法,进行了仿真计算并给出了实验样机的部分测试结果。给出了扩束情况下激光雷达的作用距离表达式,同时讨论了模数转换(AD)采样量化对接收信号采样的影响,明确了接收扩束产生的增益下降可由电子学放大器来弥补的观点,并结合实际数据给出了验证结果和分析结果。
遥感 激光雷达 衍射光学系统 激光扩束 宽视场接收 雷达方程
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春30033
2 中国科学院大学,北京100049
3 中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室,吉林长春100
为了保证航空相机的成像效果,设计了气密光学窗口及其保护罩。本文对光学窗口的设计流程进行了分析,讨论了光学窗口设计的考虑因素,例如光学材料、光学厚度、压力和气密安装方案等。为了实现在非工作状态下对光学窗口的保护,设计了双层舱门结构形式的光窗保护罩,实现了系统的小型化。通过仿真分析和试验,测试了气密光学窗口和光窗保护罩的稳定性,系统能够在2个大气压和高低温环境下正常工作,性能良好。光学窗口保护罩整个厚度仅为37 mm,能够实现快速开启与关闭,单程时间为7.7 s。相关分析方法解决了光学窗口设计问题的盲目性,使光学窗口的设计更加合理可靠。本文提出的方案为航空相机光学窗口的设计和保护提供了参考和技术支持。
航空相机 光学窗口 气密性 光窗保护罩 双层舱门 aerial camera optical window airtight protector double hatch 光学 精密工程
2022, 30(20): 2436
光学 精密工程
2022, 30(17): 2147
1 南开大学 电子信息与光学工程学院, 天津 300350
2 南开大学 现代光学研究所, 天津 300350
3 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海), 广东 珠海 519000
为提高多口径发射的自由空间光通信系统性能, 以“海洋高速通信网络关键技术研究与验证”项目为背景, 提出了平均误码率(BER)的解析表达式。通信系统采用典型的强度调制直接探测(IMDD), 工作在由指数威布尔(EW)分布模型描述的湍流环境中。分析了系统在不同信道参数下的孔径平均效应, 以及不同发射口径数和通信速率对平均BER的影响。仿真结果表明: 低通信速率下多口径发射系统具有良好的湍流抑制能力, 高通信速率下不同发射口径的到达时间差会增加通信系统的误码概率。
自由空间光通信 大气湍流 多口径发射 指数威布尔分布模型 free space optical communication, turbulent atmosp
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State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, Shanghai 200062, China
We present the frequency control of a 759 nm laser as a lattice laser for an ytterbium (Yb) optical clock. The frequency stability and accuracy are transferred from the Yb optical clock via an optical frequency comb. Although the comb is frequency-stabilized on a rubidium microwave clock, the frequency instability of the 759 nm laser is evaluated at the level at 1 s averaging time. The frequency of the 759 nm laser is controlled with an uncertainty within 1 Hz by referencing to the Yb clock transition. Such a frequency-controlled 759 nm laser is suitable for Yb optical clocks as the lattice laser. The technique of laser frequency control can be applied to other lasers in optical clocks.
optical clock optical frequency comb laser frequency stabilization Chinese Optics Letters
2022, 20(12): 120201
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State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, Shanghai 200062, China
We report two ultra-stable laser systems automatically frequency-stabilized to two high-finesse optical cavities. By employing analog-digital hybrid proportional integral derivative (PID) controllers, we keep the merits of wide servo bandwidth and servo accuracy by using analog circuits for the PID controller, and, at the same time, we realize automatic laser frequency locking by introducing digital logic into the PID controller. The lasers can be automatically frequency-stabilized to their reference cavities, and it can be relocked in 0.3 s when interruption happens, i.e., blocking and unblocking the laser light. These automatic frequency-stabilized lasers are measured to have a frequency instability of at 1 s averaging time and a most probable linewidth of 0.3 Hz. The laser systems were tested for continuous operation over 11 days. Such ultra-stable laser systems in long-term robust operation will be beneficial to the applications of optical atomic clocks and precision measurement based on frequency-stabilized lasers.
narrow-linewidth laser automatic frequency stabilization optical atomic clock gravitational wave detection Chinese Optics Letters
2022, 20(7): 070201