中国海洋大学物理与光电工程学院，山东 青岛 266100
通过涡旋光束的轨道角动量的叠加态的识别研究，提出了一种在水下无线光通信中运用涡旋光束进行高维信息调制与解调的方法。给出了两种涡旋光束的叠加态的识别方法和流程，并对水信道传输后的叠加态的光强分布图进行了识别，得出叠加态中的拓扑荷数，以此通过实验论证了轨道角动量叠加态可在低拓扑荷数情况下实现16维信息的调制与解调，为涡旋光束在水下无线光通信中的应用提供了一种可行方案。
大气光学与海洋光学 水下无线光通信 涡旋光束 轨道角动量 空间光调制器 图像识别 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0901001
中国海洋大学物理与光电工程学院，山东 青岛 266100
为了提升水下无线光通信性能，提出在通过涡旋光束的复用提升水下光通信带宽的同时，采用光子计数探测增加水下光通信支持的衰减长度的方案。通过实验在近岸海水信道中实现了误码率小于前向纠错极限的信息传输，从而验证了该方案的可行性。并对该系统的性能进行研究，结果表明，采用光子计数方案后，该通信系统发射功率仅为3.21 nW；若仅考虑水信道对光的衰减作用，则将发射功率提高到1 W，可使涡旋光束复用的水下光通信支持的衰减长度达到20.21。该实验为水下光通信提供了一种可以同时提高信息传递速率和衰减长度的方案。
海洋光学 水下无线光通信 涡旋光束 光子计数 空间光调制器 涡旋波片 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1301001
中国海洋大学 信息科学与工程学院 物理系, 山东 青岛 266100
基于广义惠更斯-菲涅耳衍射原理和光束的偏振相干统一理论, 研究了高斯-谢尔模型光束在Kolmogorov海洋湍流中传输时偏振特性的变化规律, 得出了保持偏振特性不变时的条件.在此基础上, 研究了完全偏振线偏振光与圆偏振光在海洋湍流中的偏振传输特性, 结果表明: 在Kolmogorov海洋湍流下, 完全偏振的高斯-谢尔模型光束的偏振特性不受海洋湍流影响.
海洋光学 海洋湍流 高斯-谢尔模型光束 偏振相干统一理论 偏振度 椭圆方向角 椭偏率 完全偏振光 Oceanic optics Ocean turbulence Gaussian Schell-Model beams Unified theory of coherence and polarization Degree of polarization Orientation angle Degree of ellipticity Completely polarized light 光子学报
2015, 44(12): 1201002
研究了由Aharonov-Casher相互作用产生的相移对XX自旋链中量子态传递的影响。 对信道的纠缠度及传递量子态的保真度进行数值模拟后发现,控制相移的方法可以有效抵抗信 道的消相干作用,显著提高自旋链中量子比特间的纠缠度及量子态的保真度。此外,量子态发 送端与接收端之间相对位置的不同也会影响纠缠度和保真度的大小,在包含偶数个自旋格点的 环形自旋链中,当发送端与接收端处在直径上相对的位置时,接收端的纠缠度和量子态传递的保真度可以达到最大值。
量子光学 量子态传递 相移控制 纠缠 保真度 自旋链 quantum optics quantum state transfer phase shift control entanglement fidelity spin chain
对单光子波包与腔-量子点模型相互作用的动力学过程进行了数学推导,并通过数值模拟实现了 静态量子比特与飞行光子比特之间的相互转换。结果表明:由腔-量子点系统输出到光纤的光子是一个 平滑的波包;通过改变激光脉冲作用时间等系统参数,可实现量子点中的原子和光子的纠缠,在此基础上, 即可实现不同量子点中原子的纠缠。研究结果对解决利用腔-量子点系统来构造量子计算机的接口、 制备纠缠态以及实现受控量子门等热点问题具有积极意义。
量子光学 量子纠缠 腔量子电动力学 量子点 quantum optics quantum entanglement cavity quantum electrodynamics quantum dots
为研究偏振光子在自由空间的传播特性,将大气视作分层介质,提出了“虚粒子”的概念:它处于两层大 气的分界面上,只改变光子的步长而不改变其传播方向和偏振态,从而建立了偏振光子的多层大气Mie散射模型。 基于该模型,对偏振光子在多层大气中的传播过程作了Monte Carlo模拟。模拟结果表明,该模型可 以清晰地揭示各种大气传输过程中光子偏振态的变化及其规律,因而能够为自由空间量子通信及其它基于 偏振光大气传播的相关研究提供支持。
偏振光子 多层大气模型 Mie散射 虚粒子 polarized photons multilayered atmosphere model Mie scattering virtual particles
建立了偏振光空间传输前向散射的物理模型。对各向同性散射介质, 在非相干性假设条件下, 导出了偏振光双散射和多散射前向散射的有效Mueller矩阵, 给出了偏振光Mie散射前向有效Mueller矩阵各矩阵元之间的对称性关系, 即Mueller矩阵的16个矩阵元中只有7个是独立的, 其他9个矩阵元通过组合及一定角度的旋转即可得到。利用Monte Carol方法模拟了偏振光在空间传输10 km的前向散射的有效Mueller矩阵, 模拟结果表明各矩阵元存在一定的对称性关系, 与基于本模型导出的偏振光前向散射的有效Mueller矩阵元具有较好的一致性。
前向散射 Mueller矩阵 Monte carol方法 Stokes矢量 scattering Mueller matrix Monte Carlo method Stokes vector
1 中国海洋大学 物理系，青岛 266100
2 中国民航大学 理学院，天津 300300
提出一个量子概率克隆机的物理实现方案，该方案首先将高Q腔中的两个超导量子干涉仪分别作为初始比特和目标比特，腔模作为测量比特，通过腔模和经典微波脉冲与超导量子干涉仪的多种相互作用实现量子概率克隆机的幺正演化；然后将腔模态映射到另一个超导量子干涉仪上，通过对该超导量子干涉仪磁通量的测量完成状态坍缩，从而以最优的成功概率实现量子态的精确克隆.本方案采用双光子拉曼共振过程加快单比特门的操作速率，并且总操作时间远小于自发辐射和腔模衰变时间，因而在实验上是可行的.
量子光学 腔量子电动力学 超导量子干涉仪 概率克隆机 Quantum optics Cavity-QED SQUID Quantum probabilistic cloning machine
采用矩阵形式描述光子的偏振态和大气散射理论, 分析了“BB84协议”中四个不同偏振光子经单次散射后光子的偏振度与前向散射角的关系。发现单次散射不改变偏振光子的总偏振度, 但改变偏振光子的线偏振度与圆偏振度, 尤其对垂直偏振光子的线偏振度与圆偏振度改变明显; 当前向散射角小于0.25 rad时, 四个不同偏振光子的线偏振度基本保持不变, 量子信息仍然保持; 同时分析了大气散射对不同波长的垂直偏振光子线偏振度的影响, 发现长波光子偏振度保持度高。
散射 偏振度 矩阵 量子密钥
