红外与激光工程
2021, 50(12): 20211061
1 上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室 上海 200240
2 上海交通大学 量子感知与信息处理研究中心, 上海 200240
弱值放大(WVA)技术可以实现高灵敏度和高精度的光学测量, 已经在自由空间平台上得到实验验证。而自由空间平台存在部分光学器件集成化较难、平台稳定性稍弱等问题。要将WVA技术推广到实际应用中, 可以利用具有成本更低、规模更小、稳定性更高这些优点的光纤平台。但是, 与自由空间平台相比, 光纤中的双折射现象更强, 足以引起偏振串扰, 因此必须考虑振幅型噪声在光纤平台方案中的影响。本文从理论上分析, 表明了振幅型噪声会在探测光谱上形成噪声波纹, 并损害WVA的灵敏度性能。为了克服这个问题, 本文提出了一种后处理方法, 仿真的结果表明处理方法的有效性、基于光纤实现WVA的可行性, 这为将来设计具有更高灵敏度和稳定性的光学传感器提供了一种可能的方式。
弱值放大 光纤 振幅型噪声 滤波 WVA fiber amplitude-type noise filtering
1 上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
2 上海交通大学量子信息感知与处理中心, 上海 200240
3 上海航天控制技术研究所 上海市空间智能控制技术重点实验室,上海 201109
本文通过理论分析和实验展现了如何利用弱值测量技术在Sagnac环路中进行超微小时延差测量。我们在Sagnac光路中插入两块半波片来模拟一个薄双折射晶体在两路光之间引起的时间延迟效应。按照弱测量理论的思想,通过对光的偏振进行合理的前后选择,我们成功地从光中心波长的位移计算出顺时针／逆时针传播光之间的时延差,与理论预期吻合。我们提出的方案为测量Sagnac光路中的各类时延效应提供了新思路。
弱测量 弱值 微小时延 sagnac Sagnac weak measurement weak value ultra-small time delay
1 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 北斗导航与位置服务上海市重点实验室,量子信息感知与处理研究中心, 上海 200240
2 西北大学信息科学与技术学院, 陕西 西安 710100
提出了一种基于数字微镜器件的光子计数对应鬼成像方案。该方案采用数字微镜器件对光源进行调制，通过时间相关单光子计数技术获取光子计数值，并利用对应鬼成像算法计算目标物体的像。结合鬼成像理论和对应鬼成像理论阐明了光子计数对应鬼成像原理，并通过实验对该方案进行了验证。研究结果表明，该方案能够实现弱光成像。利用该方案可以获得与传统鬼成像效果相当的成像质量，但降低了图像重建过程中的计算量和算法复杂度。此外，该方案略去了阵列探测器对光强分布的测量，利用一个不具有空间分辨率的单光子探测器结合对应鬼成像算法，即可得目标物体的像，同时也能获得目标的距离信息。
成像系统 鬼成像 对应鬼成像 光子计数 数字微镜器件
1 海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
2 上海交通大学量子信息感知与处理中心,上海 200240
理论分析相干态位移参数估计在弱测量方法下的放大效应。引入偏振态作为附属态(Ancilla States),分别进行初选择和后选择,中间的相互作用采用了偏振相关的弱位移操作算符。通过最后检测光子数的分布来估计位移参数;在牺牲检测光子强度的情况下可以有效提高放大效应。
相干态 弱测量 弱值 位移操作符 coherent state weak measurement weak value displacement operator
1 西北大学信息科学与技术学院, 陕西 西安 710100
2 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
3 上海交通大学量子信息与感知处理研究中心, 上海 200240
4 上海交通大学北斗导航与位置服务重点实验室, 上海 200240
传统成像的必要条件是相机对着物体。由于障碍物的遮挡，传统成像在很多时候都不能得到目标物体理想的像，但在关联成像机制下，借助一些障碍物的漫反射，适当调整反射的角度，可以实现相机在镜头不对着物体正面的情况下对目标正面成像，这在传统成像中，一般只能通过镜面反射才能做到。利用数字微镜器件(DMD)调制普通光源，可以改进传统的关联成像，省去参考光路的测量。而且，数字微镜器件使得例如发光二极管这种普通的光源也可以用来实现关联成像, 对工程实现有重要意义。
成像系统 关联成像 鬼成像 漫反射 数字微镜器件
1 西北工业大学电子信息学院, 陕西 西安 710129
2 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
3 西北大学电子信息学院, 陕西 西安 710127
在高速连续变量量子密钥分发系统中，位帧同步技术是确保准确获取量子信号所携带有效信息的核心技术之一。结合平衡零差探测器测量相干态的正则分量数据，提出了一种简单高效的位帧同步理论方案。基于此理论方案，在重复频率为25MHz的高斯调制相干态连续变量量子密钥分发系统上进行了实验测试和性能分析。结果表明，所提出的位帧同步方案能有效克服量子信号在密钥分发中受到的环境因素影响，有效实现通信双方同步。
光通信 同步 高速连续变量量子密钥分发 位帧同步 相干态高斯调制
1 西北工业大学 电子信息学院, 陕西 西安 710072
2 上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
研究了在压缩感知基础上发展起来的3D单像素相机的成像机制。基于现场可编程的阵列(FPGA)和FMC子板设计了一种可以代替雪崩光电二极管(APD)单光子探测器的高速3D单像素数据采集系统, 以提高现有3D单像素相机系统的数据采集速度、降低系统成本。该系统基于Xilinx公司的FPGA和4DSP公司的FMC126子卡, 配合高速光电探测器来实现对光信号的高速采集, 同时获得目标物体反射光的光强信息和纵向距离信息, 其采样率为5 GS/s、分辨率为10 bit。系统采用脉冲采样模式, 最大程度地降低了数据量和计算成本。实验结果表明: 在用800 ps半脉宽的脉冲激光器作为光源时, 可以得到20 cm以上的纵向分辨率, 每次数字微镜阵列(DMD)调制后的采集时间由目标物体的纵向长度决定。该系统也适合激光三维成像, 脉冲激光测距等方面的应用。
3D单像素相机 现场可编程门阵列 信号完整性 数据采集 压缩感知 3D single-pixel camera Field Programmable Gate Array(FPGA) signal integrity data acquisition compressed sensing
1 西北工业大学电子信息学院, 陕西 西安 710072
2 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
散射介质对传统成像的影响非常大，散射严重时甚至使传统成像方式完全失效。如何在存在散射介质的情况下得到高分辨率的图像是人们一直关注的技术。将投影仪应用于关联成像(GI)，可以在实验室内实现“街角成像”，即利用墙面的漫反射对墙角另一侧无法直接成像的物体进行成像，并在此基础上实现了对隐藏在散射介质后的物体进行成像。该成像方案省去了传统关联成像系统中的参考臂的测量，使用一个无空间分辨能力的桶探测器即可实现。对比实验结果与传统方式得到的结果并分析实验的分辨率以及影响因素，证明了使用投影仪等普通光源在存在散射介质的情况下成像的可行性。
成像系统 散射介质成像 关联成像 投影仪
1 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
2 上海市北斗导航与位置服务重点实验室, 上海 200240
3 上海交通大学 电子工程系, 上海 200240
讨论了基于量子关联的星间链路工作频段, 阐明了量子星间链路的体制优势。然后在现有星间链路研究的基础上, 推导了量子星间链路的关联度和信号损耗及制备增益间的关系。并讨论了量子星间链路的网络架构。
量子关联 星间链路 纠缠度 quantum correlation inter-satellite link entanglement degree
