Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China
2 Shanghai Engineering Research Center of Hierarchical Nanomaterials, Shanghai 200237, China
3 Shanghai Frontiers Science Center of Optogenetic Techniques for Cell Metabolism, Shanghai 200237, China
Nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond are progressively favored for room-temperature magnetic field measurement. The signal to noise ratio (SNR) optimization for NV diamond magnetometry generally concentrates on signal amplitude enhancement rather than efficient noise processing. Here, we report a compound filter system combining a wavelet denoising method and an adaptive filter for the realization of an efficient weak magnetic measurement with a high SNR. It allows enhanced magnetic field measurement with an average SNR enhancement of 17.80 dB at 50 nT within 500 mHz to 100 Hz and 14.76 dB at 500 mHz within 50 nT to 1100 nT. The introduction of this system in NV diamond magnetometry is aimed to improve signal quality by effectively eliminating the noise and retaining ideal signals.
nitrogen-vacancy center quantum sensing signal processing Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 111201
1 华东理工大学物理学院, 上海 200237
2 中国科学技术大学量子信息重点实验室, 安徽 合肥 230026
3 中国科学技术大学量子信息与量子科技前沿协同创新中心, 安徽 合肥 230026
量子相干性作为资源理论提出后,对它的量化和实验测量的研究一直受到大家广泛的关注。目前已有研究证明集体测量可以提高相干性的测量精度,但在具体实验中实验条件对集体测量估计量子相干性的性能影响还尚不清晰。分别数值模拟了在不同探测效率和资源数条件下集体测量估计相干性的误差,并与其他方法进行了比较。分析发现存在一定参数范围使集体测量的方法在探测效率为60%的情况下比探测效率为90%的态层析的方法更优;此外,随着资源数的增多,集体测量的性能几乎不依赖于量子态和相干性的度量方式,误差均以相同尺度在减小。
1 华东理工大学物理学院, 上海 200237
2 华东理工大学材料科学与工程学院, 上海 200237
3 福建师范大学物理与能源学院, 福建省量子调控与新能源材料重点实验室, 福建 福州 350108
根据洛伦兹互易定理,在通常的光学系统中,交换信号源和探测器的位置后接收到的光信号不变。这为光路设计和分析带来了方便。在全光通信和量子网络中,需要有效地控制光信号的定向传输以避免反射光对信号的干扰、分离相向传输的光信号等,因此需要只允许光单向传输的非互易器件。以磁光隔离器为背景切入,简单介绍磁光领域的研究现状。重点从有源和无源两个方面对无磁非互易领域的发展进行综述,以展现量子光学在无磁非互易领域的重要应用。
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China
2 School of Materials Science and Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China
Multi-band signal propagation and processing play an important role in quantum communications and quantum computing. In recent years, optical nonreciprocal devices such as an optical isolator and circulator are proposed via various configurations of atoms, metamaterials, nonlinear waveguides, etc. In this work, we investigate all-optical controlled nonreciprocity of multi-band optical signals in thermal atomic systems. Via introducing multiple strong coupling fields, nonreciprocal propagation of the probe field can happen at some separated frequency bands, which results from combination of the electromagnetically induced transparency (EIT) effect and atomic thermal motion. In the proposed configuration, the frequency shift resulting from atomic thermal motion takes converse effect on the probe field in the two opposite directions. In this way, the probe field can propagate almost transparently within some frequency bands of EIT windows in the opposite direction of the coupling fields. However, it is well blocked within the considered frequency region in the same direction of the coupling fields because of destruction of the EIT. Such selectable optical nonreciprocity and isolation for discrete signals may be greatly useful in controlling signal transmission and realizing selective optical isolation functions.
optical nonreciprocity atomic thermal motion electromagnetically induced transparency multi-band Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 012701
利用光诱导原子解吸附效应,无需加热就可实现碱金属原子浓度的调控,简易有效,故常被应用于光纤内碱金属原子的充载和磁光阱内单原子的捕获等。在使用460 nm的发光二极管阵列进行原子解吸附时,发现铷原子池的温度上升,说明光解吸效应受到了光热效应的影响,但目前关于光解吸附实验中的光热效应研究鲜有报道。当解吸光功率密度较小时,光热效应的影响几乎可忽略。当增大解吸光功率密度时,光解吸效应以及光热效应的影响不断增大且对原子浓度增长的贡献趋于接近,在两种效应的共同作用下,原子浓度的增长幅度得到进一步提高。研究结论对光子芯片研究具有参考意义。
量子光学 光诱导原子解吸附 光热效应 光学深度 原子浓度 中国激光
2021, 48(23): 2312001
针对光纤布拉格光栅(FBG)超声探测传感器测量灵敏度和量程相互制约的问题, 文章提出了一种基于法布里珀罗(FP)腔和π相移FBG(π-FBG)的解调方案。文章分析了利用FP腔解调的原理并进行了详细的数值仿真分析。理论分析表明, 利用FP腔的两个纵模作为一组解调器同时解调, 可将系统灵敏度提高两倍, 并且具有很好的线性度。扩展到多个纵模时可构建解调器阵列, 从而极大地提高了系统的量程, 有效地解决了测量灵敏度和量程相互制约的问题。数值仿真结果表明, 该方案在实际可操作参数范围内切实可行, 并具有灵敏度高和响应速度快等优势。
π相移光纤布拉格光栅 大量程 法布里珀罗腔 解调系统 超声传感 π-FBG large measurement range FP cavity demodulation system ultrasonic sensor
空芯光子带隙光纤(HC-PBGF)因其利用中空纤芯进行光传输而被视作集成光学网络中实现在线光纤腔的理想器件。使用普通电弧熔接机直接熔接HC-800-02型HC-PBGF和780-HP型单模光纤,详细分析了多个熔接参数对熔接质量的影响。实验得到:长度约1 m的HC-PBGF构成的在线光纤腔具有低损耗特性,其总插入损耗为2.59 dB。
光纤光学 空芯光子带隙光纤 光子晶体光纤 电弧熔接 熔接损耗 在线光纤腔 激光与光电子学进展
2020, 57(17): 170601
研究了由三个非对称光纤布拉格光栅(FBG)构成的双腔结构的双波长透射特性。三个FBG之间的周期(或布拉格波长)不同,导致它们的禁带部分重叠,形成两个重叠区域。通过调节FBG的周期来控制每个重叠区域的大小,使每个重叠区域只允许一个波长通过,从而实现双波长透射。如果在双透射情况下增加腔长,则透射带宽会被压窄,从而获得超窄带宽。此外,两个透射波长之间的间隔可通过改变FBG的周期而改变。基于该全光纤结构的设计思路,可以将其进一步推广以实现等间隔甚至是不等间隔的多波长透射。该结构在双波长或多波长光纤激光器领域具有潜在应用价值。
光纤光学 光纤布拉格光栅 双透射 双腔结构 光纤激光器
研究了光子晶体腔链中任意两奇数节点间量子态传输及相位门实现的问题。发现在绝热条件下,通过求解原子和光子晶体腔链耦合模型的暗态,可实现一维光子晶体耦合腔链中两个腔之间二维量子态的传输及可控相位门。在量子态传输的过程中若原子与腔的耦合强度足够大,腔的激发态的布居数小到可以被忽略。最后讨论了腔链的长度与相位门保真度的关系以及腔链的长度、初态的制备、腔的衰减、原子与腔的耦合强度对量子态传输保真度的影响。
光子晶体腔链 量子态传输 暗态 相位门 photonic crystal cavity chain quantum state transfer dark state phase gate
基于腔内极化子的量子理论,实验研究了腔内电磁诱导透明(EIT)现象。通过升高铷气室温度,使铷原子数目大量增加。当系统满足集体强耦合条件时,利用弱控制场可实现EIT以及线宽的显著压窄。随着温度的继续升高,耦合效应增强,腔线宽被进一步压窄。
量子光学 腔内电磁诱导透明 腔内极化子 腔线宽压窄 集体强耦合
