量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
在光学俘获和操控单原子的实验中, 激光的低频强度噪声通常会加热原子, 从而缩短其存储时间并破坏其内态相干性。我们采用了一种基于电光振幅调制器(EOAM)的单级反馈环路来抑制激光低频噪声, 实现了0～1MHz的强度噪声的有效抑制, 100 kHz以下的噪声可降低20 dB, 500 kHz以下的噪声可降低10 dB。噪声抑制的频率范围涵盖了光学偶极阱的典型参量加热频率。将该装置用于单个铯原子实验将单个原子在偶极阱中的存储时间延长两个数量级, 测量的退相干时间也增加了5倍。
光电反馈 强度噪声 光学俘获 原子存储时间 原子退相干时间 optoelectronic feedback laser intensity noise optical trappings atomic storage time atomic decoherence time 量子光学学报
2023, 29(4): 040601
1 山西大学, 物理电子工程学院 山西 太原 030006
2 太原理工大学物理与光电工程学院, 新型传感器与智能控制教育部重点实验室 山西 太原 030024
3 山西大学光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西 太原 030006)
具有反聚束特性的非经典光场是量子信息与量子光学的重要资源。基于非线性光学的量子干涉效应, 通过将压缩真空态与特定相位的相干态在光学分束器上合成的方法获得平移压缩真空态, 对压缩度和相干分量进行独立控制以获得反聚束。本文结合实验系统参数, 理论研究了压缩真空态的压缩度和相干态的幅度对实验产生反聚束光场的影响。在最优化平移条件下, 我们分析了系统总效率、背景噪声, 以及Hanbury Brown-Twiss(HBT)与Double HBT测量方法对反聚束光场g20测量的影响, 并讨论了误差为零处相应量子态的g20值和平均光子速率。
平移压缩真空态 反聚束 二阶关联函数 量子干涉效应 displaced squeezed vacuum state HBT HBT antibunching second-order correlation function quantum interference effect 量子光学学报
2023, 29(1): 010101
1 中国兵器工业第五九研究所, 重庆 400039
2 中国科学院空天信息创新研究院, 北京 100101
智能变形、 变色、 变温、 变谱技术发展趋势下, 低特征目标加速实现与自然地物背景的特征融合, 导致复杂自然背景环境下低散射、 微反射、 弱辐射目标的检测与评估愈发困难, 特定场景下潜在威胁目标的检测方法快速决策与准确评估成为了难题。 为了提升离散目标、 伪装目标、 弱小目标、 异常目标等低特征目标与复杂自然背景环境融合场景下的多特征检测算法的选择效率及其检测准确度, 提出了目标与背景环境融合度(FD)参数模型, 并设计了植被伪装目标嵌入草地背景、 植被伪装目标嵌入土壤背景、 植被及水泥路伪装目标嵌入土壤背景以及植被、 水泥路、 土壤伪装目标分别嵌入草地、 水泥路、 土壤背景等4种不同波谱特征分布场景的模拟图像数据, 以及信噪比为200, 400与800的高斯白噪声分别加入场景一的3种不同级别噪声比例的模拟图像数据。 通过综合目标波谱信息、 背景波谱信息、 数据噪声比例等多种因素的综合试验分析, 开展了基于目标与环境FD模型的多特征检测算法适应性评估研究。 结果表明, 在标准差均小于0.08的条件下, MtACE, MtAMF, MtCEM, SumACE, SumAMF, SumCEM, WtaACE, WtaAMF, WtaCEM等9大经典多特征检测算法对于4种波谱分布场景检测结果的FD参数平均值分别为0.320 0, 0.350 2, 0.862 4, 0.365 8, 0.365 8, 0.846 1, 0.680 0, 0.680 0和0.948 2; 在标准差均小于0.07的条件下, 9大经典多特征检测算法对于3种不同级别噪声比例数据检测结果的FD参数平均值分别为0.313 5, 0.320 9, 0.774 7, 0.369 6, 0.369 6, 0.847 5, 0.695 6, 0.695 6和0.960 3。 通过不同波谱分布场景及不同噪声级别条件下的检测与融合度评估试验分析, 实现了多特征检测算法的适应性能排序, 大幅提升复杂场景下多种低特征目标的检测效率。 综合波谱与噪声因素, 对于复杂场景下离散分布的低特征目标检测, 9大经典多特征检测算法的优先级顺序为: MtACE>MtAMF>SumACE=SumAMF>>WtaACE=WtaAMF>MtCEM>SumCEM>WtaCEM。
波谱 噪声 自然环境 特征检测 融合度 算法适应性 Spectrum Noise Naural environment Features detection Fusion degree Adaptability of algorithm 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1285
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西大学光电研究所, 极端光学省部共建协同创新中心, 山西 太原 030006
2 山西大学大数据科学与产业研究院, 山西 太原 030006
光学腔与原子强耦合系统是量子物理研究的基本系统,不但具有重要的物理意义,而且为量子信息、量子计算和量子精密测量中关键技术的产生和关键器件的研发提供了理想系统。强耦合腔与原子相互作用实验从20世纪90年代开始发展,经过多年的研究,在单原子与光学腔强耦合和原子系综与光学腔的耦合研究方面取得了重大进展。随着多原子阵列量子操控技术的进步,可控的多原子阵列与光学微腔强耦合系统近年来成为腔量子电动力学的重要研究方向。然而,目前实现确定性可控的多原子阵列与腔的强耦合仍面临巨大的技术挑战,可控原子数还停留在两个。简要回顾了近年来光频区强耦合腔量子电动力学系统在上述方面的主要实验进展和相应的实验方案,并展望了未来的发展。
1 山西大学光电研究所, 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
3 山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
谐振腔通过增加光与原子相互作用的长度而增大探测光偏转角, 大大增强了原子磁强计的灵敏度。我们基于磁光旋转的铯原子磁强计, 在理论与实验上研究了磁场测量灵敏度的腔增强因子与腔镜反射率的关系, 得到在一定原子气室损耗条件下获得最优磁测灵敏度的最佳腔镜反射率。利用平凹驻波腔, 在特定的腔镜反射率, 原子气室对光功率的损耗分别为9.5%和8.5%, 对应的腔逃逸效率为38%和41%, 腔对磁场灵敏度的增强因子为4.4和5.1; 在保持光与原子相互作用强度的情况下, 随着原子气室对光场损耗的降低, 磁场灵敏度进一步增强, 腔增强效果更显著。
铯原子磁强计 腔增强 偏转角 逃逸效率 Cesium atomic magnetometer cavity enhancement rotation angle escape efficiency
1 山西大学光电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
3 山西大学大数据科学与产业研究院, 山西 太原 030006
强耦合腔量子电动力学(cavity quantum electrodynamics, 简称C-QED)系统主要用于研究受限于空间中的光与物质相互作用的物理现象。该系统为深入认识原子与光子间相互作用的动力学行为提供了有力工具。高精细度法布里-珀罗光学微腔(Fabry-Perot cavity, F-P腔)作为强耦合C-QED系统的核心部分,是实现光与物质间的强耦合、探索极端条件下光与物质间的相互作用、精确操控原子以及灵敏探测相关过程等的基础。简要介绍了高精细度F-P腔及其在强耦合C-QED中的应用,包括研究背景、现状及发展动态,并就未来的发展和应用进行了展望。
量子光学 腔量子电动力学 光学微腔 光与物质相互作用
1 山西大学 物理电子工程学院,山西 太原 030006
2 山西大学 光电研究所,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
利用有限元分析技术定量仿真了重力场中双横梁支撑式三角形模式清洁器形变引起的腔长变化,得到在横梁宽度160 mm、偏移975 mm为振动最不敏感的横梁参数,模式清洁器在重力加速度中腔长变化率的最小斜率为067×10-10 mm-1;并通过模态分析与随机振动分析,确定了基模的振动频率为59 kHz,获得了适用于千赫兹以下低频压缩光产生的模式清洁器工作频段。
模式清洁器 有限元分析 压缩光 mode cleaner finite element analysis squeezed light
1 山西大学光电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
高精细度光学微腔是强耦合腔量子电动力学(QED)实验系统的核心。然而,受限于光学微腔有限的介入空间,被光学腔俘获的原子内态很难得到有效的初始化处理。通过选用与原子基态及更高阶激发态相互作用的光场,有效避免了微腔腔镜对介入空间的限制,实现了对光学微腔内的原子内态的光泵浦及原子态(自旋极化)的有效制备。同时,基于强耦合光学微腔与腔内不同原子内态的耦合强度差异,建立了一套用于描述和优化腔内原子极化率的模型,最终获得了85%的腔内铯原子的态制备效率。
原子与分子物理学 原子自旋极化 光学微腔 强耦合 光泵浦
量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西大学光电研究所,省部共建极端光学协同创新中心,山西大学, 太原 030006
本文在多原子强耦合腔-QED系统中,利用脉冲宽度为5 ns的强脉冲光在垂直于腔轴方向直接激发原子,脉冲的峰值功率为40 mW,通过光学腔观测激发原子辐射到腔中的光子获得相应的激发光谱。我们发现当光场频率和原子跃迁失谐±80 MHz时原子激发率达到最大,而在共振时原子激发被抑制。我们建立了脉冲光与三能级原子相互作用的模型,通过缀饰态能够解释此现象。
纳秒脉冲光 腔-QED 中性原子 相消干涉 Nanosecond pulsed light cavity-QED neutral atom destructive interference
