1 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
在以偏振编码为基础的量子保密通信中，由于外界温度、应力以及光纤的本身缺陷等因素，使得偏振态无法保持长期稳定，增加系统的误码率，因此需进行偏振控制以维持通信系统正常运行。诱骗态已经成为现阶段量子通信网络的常规操作，利用诱骗光子作为偏振参考，有望实现系统偏振态长时间、不间断地锁定控制，提高通信效率。提出了利用现场可编程逻辑门阵列进行偏振态制备以及强光、单光子偏振控制于一体的系统偏振解决方案，将偏振态制备、强光偏振控制、单光子偏振控制单元集成在一个系统中，提高了系统的集成化，增加了系统管理的便捷性，实验测试偏振态制备单元可以根据需要产生不同的偏振态，经过强光偏振控制后，保真度可达99.11%±0.44%，经单光子偏振控制后保真度可达97.93%±0.96%，演示证明了方案的有效性和稳定性。
量子保密通信 现场可编程逻辑门阵列 偏振控制 集成化 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106018
1 山西大学激光光谱研究所，量子光学与光量子器件国家重点实验室，极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
2 太原理工大学物理学院，山西 太原 030024
3 山西省太原市中心医院，山西 太原 030009
超分辨荧光显微成像技术可以突破光学衍射极限，为研究亚细胞结构乃至蛋白质等生物大分子的内部动力学过程提供了极其重要的研究工具，因此自发明以来就被生物及医学领域的科研工作者所关注和应用，特别是近年来生命科学和生物技术的突飞猛进，使超分辨荧光显微成像技术得到了前所未有的发展。本文主要阐述四种较新超分辨荧光显微技术的研究进展，即最低光子数超分辨荧光显微成像，波动超分辨荧光显微成像，基于荧光发色团反聚束效应的超分辨显微成像，以及基于深度学习的超分辨显微成像方法。分别从这些超分辨荧光显微技术的基本原理，实验实现方法及相关要求，成像性能及其与相关技术的对比，以及与其他超分辨技术的结合等角度，对近期的研究进展和应用情况进行简要说明，以期给该领域的研究人员提供一些参考。
显微成像 超分辨 荧光 最低光子数 深度学习 反聚束 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106012
1 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
通过测量单分子荧光亮态、暗态持续时间的概率密度统计特性, 研究了氧气含量对单分子电子转移动力学特性的影响。在富氧环境下,单分子荧光闪烁由离子态的电子布居引起, 呈现幂律分布; 在贫氧环境下,单分子荧光闪烁主要源于三重态的电子布居, 呈现指数截止型幂律分布; 在特定氧气环境下, 两种电子转移过程呈现明显的竞争效应, 部分单分子荧光闪烁服从幂律分布, 其余单分子荧光闪烁服从指数截止型幂律分布。
光谱学 单分子 氧气 电子转移 荧光闪烁 概率密度分布 激光与光电子学进展
2017, 54(5): 053004
山西大学激光光谱研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
在相位编码量子密钥分发系统中, 单光子干涉可视度决定了系统的成码率。本文提出一种优化单光子干涉可视度的方法, 即利用遗传算法和四通道偏振控制器实时补偿单光子偏振漂移, 同时利用时分复用参考光连续无复位地补偿单光子相位漂移, 最终在25 km光纤中实时优化的单光子干涉可视度达到98.6%, 相位编码量子密钥分发系统成码率为2.2 kbit/s。
量子密钥分发 干涉可视度 单光子 优化 quantum key distribution interference visibility single photons optimization
山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
光热效应会引起π移相光纤布拉格光栅的频率起伏，故将入射激光衰减至单光子量级，以消除光热效应的影响。通过对入射单光子信号进行强度调制，使用锁相放大器直接解调光电转换的晶体管晶体管逻辑电平（TTL）信号，利用π移相光纤布拉格光栅对环境温度进行测量，温度测量精度达到0.14 ℃。
光纤光学 π移相光纤布拉格光栅 温度测量 单光子 光热效应 激光与光电子学进展
2016, 53(8): 080604
山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
近年来，单分子光学已经成为研究物理、化学和生命科学中微观现象和物质组成的重要工具。单分子荧光的有效操控对构建基于单分子的量子器件以及测量化学反应与生命现象具有重要作用。介绍了利用电场操控单分子荧光方面的研究进展，主要包括利用电场对单分子荧光的调制、电场诱导单分子荧光迟滞效应以及单分子荧光开关的制备。
光谱学 单分子荧光 电场 操控 电子转移 激光与光电子学进展
2016, 53(2): 020003
山西大学激光光谱实验室量子光学与光量子器件国家重点实验室, 太原 030006
本文提出一种基于声光延迟效应消除脉冲光信号中微弱背景光噪声的方法, 利用两个串联的声光调制器组成的光学开关有效地抑制了与信号光同频率的背景光, 信号背景改善比达 13 dB。其中, 第一个声光调制器的作用是利用其对脉冲光的非线性光学延迟效应实现信号光与背景光在时序上的分离。第二个声光调制器将时域上已经和脉冲信号光分开的背景光消除。这种方法适用于精密测量和信息处理等领域的脉冲光信号的高灵敏检测。
声光调制器 延迟 脉冲信号 背景噪声 acousto-optic modulator time delay pulse signal background noise
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices, College of Physics and Electronics Engineering, Shanxi University, Taiyuan 030006
An efficient scheme for photon statistics measurement is presented based on the Hanbury-Brown-Twiss configuration. We set the sampling time Ts to satisfy the relationship of Ts<Td<Tm, where Td is the dead time of each detector and Tm is the laser pulse repetition period. And each single photon detector cannot detect more than one photon in each pulse. The approach can sufficiently eliminate the influences of the detector’s dead time on photon statistics. At last, the photon statistics of coherent field is experimentally determined.
光子统计 死时间 同步探测 030.0030 Coherence and statistical optics 140.0140 Lasers and laser optics 270.0270 Quantum optics 030.5260 Photon counting Chinese Optics Letters
2008, 6(4): 238
