空军工程大学信息与导航学院，陕西 西安 710077
卫星授时技术受经典无线电信号测量精度限制，授时精度仅能够达到纳秒量级。本文提出一种基于微波-光波纠缠信号的卫星授时方案，通过腔电光力转换器将微波信号的远距离传输优势与光波信号单光子探测优势有效结合，并利用相共轭处理器解算相位差大小，从而计算出精确的时差信息。经过理论分析和仿真，证明了即使量子信号在低纠缠程度情况下，所提方案可将卫星授时精度提高至皮秒量级。
量子光学 卫星授时 腔电光力转换器 微波-光波纠缠信号 授时精度 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0527001
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卫星钟差确定受限于经典测量的散粒噪声极限,钟差测量精度仅为ns量级。基于军民领域对高精度时间基准的迫切需求,提出了一种基于双路六延迟传送带量子纠缠光的卫星钟差测量方案,并且该方案以传送带协议为基础。首先,通过自发参量下转换制备了频率纠缠光信号。然后,利用HOM (Hong-Ou-Mandel)干涉仪对频率纠缠光信号进行了二阶关联检测解算,进而得到了钟差信息。最后,仿真分析了相关参数对钟差测量的影响。所提方案无需进行到达时间测量,不受色散效应及星地距离的影响,在理论上可以实现ps量级的卫星钟差测量。
量子光学 卫星钟差 传送带协议 频率纠缠光 Hong-Ou-Mandel干涉仪
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罗兰C系统受原子钟以及经典无线电信号测量精度的影响,难以为用户提供高精度授时。提出了一种基于杂化微波-光纠缠的罗兰C系统授时方案,通过腔电光力转换器制备纠缠微波-光信号,并利用纠缠信号的二阶相干函数得到信号传播时间,根据授时时序关系修正用户本地钟时刻并完成授时。仿真分析了腔电光力转换器的参数对授时精度的影响。所提方案在理论上实现了对罗兰C系统授时精度的提高,在抗压制干扰、欺骗干扰等方面都具有一定优势。
量子光学 罗兰C授时系统 腔电光力系统 授时精度 杂化微波-光纠缠信号 光学学报
2021, 41(22): 2227001
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罗兰C系统中台站相位码的识别和保密传输是判断台链及接收信号进行双曲线定位的前提。针对使用经典手段无法实现罗兰C系统高保密性传输的问题，提出了基于EPR态量子纠缠信号的相位码传输方案，并分析了该方案在纠缠攻击与分光镜攻击下的安全性，得到了信息传输效率与分光镜的透射系数、压缩度的关系，验证了该方案可以有效提高罗兰C系统中主副台间的台识别码传输的保密性。
量子光学 罗兰C 双模压缩态 台识别码 保密传输 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0927002
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目前罗兰C台链中所有台站受到原子钟积累误差和无线电信号测量精度限制,并没有实现高精度时间同步。基于连续变量纠缠交换方式和位于主副台的延迟装置,可以高精度检测纠缠光场正交分量的相位差信息,从而得到主台和多个副台的同步时差信息。经过理论推导和仿真分析可知,利用所提方案能使多台站同步精度达到皮秒级别。通过分析台间同步量子信道的安全性可知,任何外界窃听行为都将导致主副台误码率提高。
量子光学 罗兰C 台链时间同步 连续变量纠缠信号 纠缠交换 安全性分析
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罗兰C系统受到原子钟工艺和无线电信号测量精度限制,难以实现台站间高精度时间同步。基于量子纠缠微波信号和腔电光力系统,通过将微波量子信号转换到光频域进行符合探测,可以得到更精准的罗兰C主副台的同步时差信息。经过理论分析和仿真,得出腔中微波和光转换的条件,以及腔内耗散对保真度的影响。通过控制腔的驱动场参数可实现最优相位灵敏度检测,精度水平能达到皮秒量级。相较于原有同步方式,无需使用昂贵原子时钟,无需测量脉冲到达时间,即能有效提高时间同步精度。
量子光学 测时精度 腔电光力系统 台间同步
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
基于不同位置的动态光路延迟装置和位于罗兰C主台的纠缠源信号,通过主台非平衡M-Z(马赫-曾德尔)干涉仪检测不同路径纠缠光场的相位差信息,得到罗兰C主、副台的同步时差信息。理论和仿真分析结果表明,在相位差为0.5π时,能得到最佳时差信息,精度能达到数十皮秒级别。相较于原有的主从同步或自由同步等方式,此方案不需要测量脉冲到达时间,而且能够突破量子噪声极限,有效提高了测时精度。
量子光学 罗兰C 台间同步 连续变量源信号 测时精度 激光与光电子学进展
2019, 56(4): 042702
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 上海卫星工程研究所, 上海 200240
为了实际测量、验证光学遥感卫星的杂散光抑制能力, 分析某些特殊卫星的成像轨道和时间特点, 研制了一套基于7维大型机器人的光学遥感卫星杂散光扫描测试系统。根据卫星全年太阳照明几何条件, 通过建立的光束扫描子系统各机构的控制方程构建照明光束的扫描位置、方位角(-90°~+90°)和俯仰角(-29°~+42.5°), 精度分别达到10 mm、0.2°和0.1°。消光子系统采用反射率低于1.5%(400~1 600 nm)的材料和大消光比结构, 极黑目标模拟器消光比可达9.9×10-7。研制的光学遥感卫星杂散光扫描测试系统能够满足目前大部分光学遥感相机的杂散光测试、分析和验证要求。
杂散光 光学相机 太阳模拟器 机器人 暗室 stray light optical camera solar simulator robot dark room 红外与激光工程
2017, 46(9): 0913001
空军工程大学 信息与导航学院, 西安 710077
压缩真空光输入和平衡零拍探测可有效增强Sagnac效应, 提高陀螺精度;考虑平衡零拍探测的相位精度与相位自身相关, 仅在某特定相位能达到最佳灵敏度, 设计了一种基于光子计数法提取Sagnac输出相位的方案, 并利用贝叶斯理论估计相位.理论分析结果表明, 该方法能突破散粒噪声极限, 相位精度不再受限于相位自身, 且当压缩真空光和相干激光功率相同时, 精度在理论上能达到海森堡极限.
陀螺 光子计数 贝叶斯理论 散粒噪声极限 海森堡极限 Gyroscope Photon couting Bayesian theory Shot noise limit Heisenberg limit
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230031
3 上海卫星工程研究所, 上海 20024
4 上海卫星工程研究所, 上海 200240
为模拟大面积空间太阳光辐照环境, 提出一种新型投影式太阳模拟系统设计方法。根据光学扩展量理论分析系统的能量传递过程, 采用4个短弧氙灯阵列作为光源, 设计物方远心投影系统以实现大面积均匀照明。通过Zemax软件模拟仿真及实际系统测量来验证系统设计的合理性。实验结果表明: 太阳模拟器的有效辐照面尺寸为1000 mm×1000 mm, 辐照度可达1263 W/m2, 且辐照面不均匀度优于±4.82%。该研究可为卫星载荷的空间环境实验提供准确可靠的太阳光辐照, 弥补传统大型太阳模拟器体积大、造价高的局限。
光学设计 太阳模拟器 投影系统 大面积 均匀性
