1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 中国科学院国家授时中心中国科学院时间基准及应用重点实验室，陕西 西安 710600
3 中国科学院大学天文与空间科学学院，北京 100049
平衡零拍探测技术是测量压缩态量子噪声的主要方法之一，通过光电二极管阵列和多路并行电感-电容（L-C）耦合跨阻的方式，实现了一种低噪声、高信噪比的多像素平衡零拍探测器，探测器的工作带宽为5 MHz。每一个像素通道中，光功率为1.66 mW的815 nm激光入射时，散粒噪声功率在2 MHz分析频率处比电子学噪声高23 dB。当光强分布在所有像素通道时，各通道散粒噪声功率和入射光强成正比，验证了探测器可以实现多通道并行的平衡零拍探测。该探测器可实现量子光学频率梳的频谱可分辨平衡零拍探测，为量子光学频率梳在量子精密测量领域的应用提供高性能的探测工具。
探测器 跨阻放大器 量子光学频率梳 平衡零拍探测器 光电二极管阵列 信噪比
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室，陕西 西安 710600
2 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
通过分析平衡零拍探测器的噪声来源，采用电阻-电容（R-C）耦合跨阻电路方案并优化跨阻放大电路结构，实现了一种低噪声、高共模抑制比的宽带平衡零拍探测器，工作带宽为1 kHz~200 MHz。当光功率为8 mW的 1550 nm激光入射时：在5 kHz分析频率处散粒噪声功率比电子学噪声功率高12 dB，共模抑制比达到70 dB；在100 MHz分析频率处散粒噪声功率比电子学噪声功率高20 dB，共模抑制比达到66 dB。该探测器可以为低频引力波探测、高速连续变量量子密钥分发和高速量子随机数发生器等应用提供高性能的探测工具。
光学器件 跨阻放大器 散粒噪声 共模抑制比 信噪比 电子学噪声
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Time and Frequency Primary Standards, National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China
2 School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
We report an all-fiber telecom-band energy-time entangled biphoton source with all physical elements integrated into a compact cabinet. At a pump power of 800 µW, the photon pairs generation rate reaches 6.9 MHz with the coincidence-to-accidental ratio (CAR) better than 1150. The long-term stability of the biphoton source is characterized by measuring the Hong–Ou–Mandel interference visibility and CAR within a continuous operation period of more than 10 h. Benefiting from the advantages of compact size, light weight, and high stability, this device provides a convenient resource for various field turnkey quantum communication and metrology applications.
energy–time entanglement all-fiber biphoton source Hong–Ou–Mandel interference Chinese Optics Letters
2023, 21(3): 032701
光子学报
2021, 50(11): 1114001
1 西安科技大学理学院, 陕西 西安 710054
2 中国科学院国家授时中心中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
3 中国科学院大学天文与空间科学学院, 北京 100049
准相位匹配有利于实现高效的自发参量下转换, 它由非线性晶体的极化周期和依赖于温度的折射率决定。为了确定特定波长处所需的晶体温度,需要测量相位匹配波长随晶体温度的变化关系。单色仪的传统测量方法具有测量精度较低且耗时长等缺点。提出了一种实验方法,该方法能快速准确测量纠缠光子相位匹配波长随晶体温度变化的关系。在信号和闲置光路中先后加入色散元件, 通过测量纠缠光子对到达时间关联峰值处的时间延迟随晶体温度的变化关系, 利用波长到时间的映射关系将其转化为波长随晶体温度的变化关系。给出了周期极化铌酸锂(PPLN)波导和周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体的实验测量结果,测量精度优于0.1 nm, 测量时间约为几分钟。测量精度受限于单光子探测器的抖动时间和色散元件色散量的大小。原则上,抖动时间越小,色散量越大,测量精度越高。最后讨论了Sellmeier方程计算的结果与实验结果存在差异的可能原因。所提方法可以用来校准相位匹配波长与晶体温度的关系及极化周期,并有望实现温度依赖的Sellmeier方程的修正或改进。
量子光学 纠缠光子 相位匹配波长 晶体温度 波长到时间映射
1 西安科技大学理学院, 陕西 西安 710054
2 中国科学院国家授时中心中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
相位补偿是脉冲压缩和产生超短激光脉冲的关键技术之一。首先通过类比菲涅耳波带片在空间中的相位函数,理论上证明菲涅耳二元相位整形方案可以实现类似透镜的功能,可以在频域中引入负二次光谱相位(负色散)。然后利用所提方案补偿啁啾脉冲的色散,从而将其变为变换受限脉冲,使其脉宽压缩到变换受限的时间宽度。所提方案仅与二次相位有关,不依赖于光谱振幅,因此对具有对称性分布的各种脉冲形状均适用。最后给出常见的高斯脉冲与方波脉冲的数值计算结果,在理论上验证所提方案的正确性。所提方案为啁啾脉冲压缩提供一种新的思路和方法,并可以拓展到有关色散补偿的其他领域中。
超快光学 脉冲压缩 二元相位整形 菲涅耳波带片 负色散 相位补偿 激光与光电子学进展
2020, 57(19): 193201
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学天文与空间科学学院, 北京 100049
利用中心波长为815 nm的锁模飞秒激光的二次谐波抽运单共振同步抽运光学参量振荡器(SPOPO),实现了压缩真空态量子光频梳的产生。通过平衡零拍探测系统,测得0阶超模脉冲的压缩度为3 dB,实际压缩度为5.15 dB,理论模型得到的压缩度与实验结果吻合良好。理论分析了单共振SPOPO的输出耦合镜透过率、内腔损耗及探测装置效率对压缩度的影响,为优化量子光频梳的实验测量提供了指导。
量子光学 压缩态 同步抽运光学参量振荡器 量子光频梳 多模非经典光源 光学学报
2018, 38(10): 1027003
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学天文与空间科学学院, 北京 100049
通过引入自动扫描光栅单色仪, 实现了快速色散测量, 极大程度地降低了载波包络偏频慢漂对测量准确度的影响, 降低了测量复杂度, 提高了色散测量精度。以815 nm钛宝石锁模激光器作为光源, 以自建的八镜光学腔作为参考, 对厚度约为6.35 mm的熔融石英窗片的群延迟色散(GDD)进行了测量, 结果与Sellmeier方程给出的理论值相差1.2 fs2, 不准确度仅为0.5%。测得八镜光学腔在常温常压状态下的GDD为28.8 fs2, 比理论值低约12 fs2, 原因可归结为8片腔镜镀膜的不均匀性。
测量 光学腔 群延迟色散(GDD) 自动扫描光栅单色仪 载波包络偏频
1 中国科学院国家授时中心 频率与时间基准重点实验室, 西安 710600
2 中国科学院大学, 北京 100049
通过分析基于L-C耦合跨阻运放电路的散粒噪声探测器噪声来源, 提出了电感的寄生电容对电子学噪声影响的分析模型, 并进行了实验验证.研究表明, 电感的寄生电容会增大跨阻运放的输入电压噪声增益, 从而增加探测器的电子学噪声.当总电感值为1 mH时, 选用两个0.5 mH的电感串联结构相比选用单个1 mH的电感, 探测器电子学噪声明显降低.由于电感的自共振频率越低, 寄生电容越大, 选用高自共振频率的电感有助于进一步降低电子学噪声.实验测量得到, 在2.5 MHz分析频率处, 选用两个0.5 mH、自共振频率为6 MHz的电感串联相比选用单个1 mH、自共振频率为1.6 MHz的电感, 电子学噪声的降低了3 dB.在相同入射激光条件下, 该改进模型可以有效提高探测器的信噪比.
探测器 电子学噪声 电感寄生电容 散粒噪声探测器 自共振频率 L-C耦合电路 跨阻放大器 Detector Electronic noise Parasite capacitance of inductor Shot noise detector Self-resonant frequency L-C combination circuit Transimpedance amplifier
1 中国科学院国家授时中心, 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
利用西安和咸阳之间的电信省级骨干光纤网构建了210 km的光学频率信号传递测试链路，链路损耗为0.23 dB/km。实验中采用可搬运、基于光纤干涉仪、线宽约为200 Hz的激光器作为光源，利用两台低噪声双向掺铒光纤放大器(EDFA)补偿光纤链路损耗和增加光信号的传输距离，放大器平均增益控制在15 dB左右，以防止激射。通过测量和分析不同情况下光纤链路的附加相位噪声，可观测到铁路震动引起的规律性干扰。当噪声抑制系统在锁定状态时，链路的相位噪声被抑制了23 dB，在剔除铁路干扰时段数据后，获得的210 km实地通信链路的秒级频率稳定度达到了1.51×10-14，万秒频率稳定度达到了5×10-17。利用210 km通信链路进行了光学频率信号的远程传递测试，分析了限制频率稳定度的主要影响因素，并针对现行光纤布设方式提出了补充要求。该研究为基于通信链路的高精度光学频率信号的传递与比对提供理论支撑。
光纤光学 光学频率信号传递 光纤网络 实地光纤链路 光放大 光钟比对
