1 同济大学物理科学与工程学院，上海 200092
2 苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
研究了相干驱动原子与单模腔强耦合时的光子关联特性，以及非对称耦合时集体效应对平均光子数和光子关联性质的影响。分析发现：在弱驱动情况下，驱动原子可以实现单光子阻塞现象，腔内溢出光子遵从亚泊松统计分布，呈现反聚束状态。同时，两原子之间的距离影响缀饰能级，当两原子的耦合相位差大于90°时，非对称耦合导致在中心频率处出现很强的光子激发。由于共振效应，腔内光子呈现出很强的聚束性。随着驱动场强度的增加，两侧边峰处的光子数逐渐增加，双光子激发占主导，从而可以实现双光子阻塞现象，即光子成对出现。本系统为研究集体效应导致的量子光学现象提供良好平台。
物理光学 光子阻塞 亚泊松分布 反聚束态 关联函数 光学学报
2022, 42(21): 2126008
1 西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
2 中国船舶重工集团705研究所水下信息与控制重点实验室，陕西 西安 710000
针对多像素光子计数器（MPPC）恢复信号的过程中易受背景光干扰且同步时钟信号提取困难的问题，提出一种基于MPPC的改进型光子计数同步通信方法。首先利用MPPC完成光电转换，采用泊松分布模型中的均值（MV）、安斯库姆根（AR）变换和最大似然（ML）最优阈值检测算法对电脉冲进行预判决；然后生成相位不同的门控周期时钟，并将其作为使能信号以统计脉冲计数总和，通过查找其最大值的方式确定最佳时隙相关同步时钟；最后比较每比特脉冲计数与计数阈值的相对大小以确定比特信息。为了验证方法的有效性，搭建基于MPPC的无线光通信系统。实验结果表明，在波长为520 nm、通信速率为2 Mbit/s、采样频率为200 MHz和比特误码率为3.8×10-3的条件下，改进型PCPB-MV、PCPB-AR和PCPB-ML检测算法的灵敏度较传统检测算法可分别提升3.0 dB、3.2 dB和3.8 dB。
激光与光电子学进展
2021, 58(21): 2125001
1 脉冲功率激光技术国家重点实验室(国防科技大学)，安徽 合肥 230037
2 电子制约技术安徽省重点实验室，安徽 合肥 230037
3 63850部队，吉林 白城 137000
摘 要： 光子探测具有灵敏度高、系统功耗低和探测距离远等优点，探测性能易受大气环境影响。建立湍流效应下光子探测模型，定义了回波光子调制泊松分布概率，当回波光子数小于0.1时，调制泊松分布退化为泊松分布。建立了光子探测距离漂移模型，重构光子探测的回波分布，以计算距离漂移。探讨了湍流效应下的光子探测回波特性和距离漂移的变化规律。结果表明：湍流作用下光子探测首光子效应减弱，当湍流为10-16 m-2/3，无湍流的回波光子数为2时，与无大气湍流时相比，距离漂移减小0.41 cm，测距精度下降0.23 cm；随着湍流的增强，湍流为5×10-15 m-2/3时，探测概率平均降低78.18%，距离漂移平均减小91.49%，测距精度最大下降85.77%。
距离漂移误差 大气湍流 光子探测 探测概率 泊松分布 range walk error atmospheric turbulence photon detection detection probability Poisson distribution 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200192
针对图像去噪问题，提出基于泊松分布的非局部均值图像去噪方法。将图像中的每一个像素点建模为一个泊松分布，泊松分布的参数根据像素点非局部区域内像素值信息进行极大似然估计；两像素间的差异性由其对应泊松分布的L2范数距离计算；同时，利用两像素点邻域内点对间泊松分布的L2范数的平方和来定义其相似性权值，采用非局部均值的思想进行图像泊松去噪。实验结果表明，所提算法能很好地保留图像中的细节信息，去噪图像峰值信噪比达到22 dB以上，能够有效用于图像去噪。
泊松去噪 L2范数 泊松分布 非局部均值 Poisson denoising L2 norm Poisson distribution nonlocal means
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
光子计数激光雷达具有灵敏度高、体积小等特点, 是未来远距离探测激光雷达的发展方向。光子计数激光雷达在探测时会产生游走误差, 从而影响系统的测距精度。文章就游走误差与探测器时间抖动之间的关系进行了理论分析与实验验证。首先, 基于激光雷达方程、单光子探测器时间抖动与光子计数探测的概率统计特性, 建立了激光回波信号与探测器时间抖动的数学模型；然后使用该模型进一步推导了探测器时间抖动与游走误差之间的关系, 计算分析与仿真实验都表明：系统的游走误差与探测器时间抖动呈正相关关系。最后, 使用拥有不同时间抖动的单光子探测器进行了实验, 实验结果表明：当探测器时间抖动标准差分别为15, 350和1152ps时, 游走误差分别为0.88, 2.55和12.56cm。
光子计数激光雷达 时间抖动 游走误差 泊松分布 photon counting radar timing jitter range walk error poisson distribution
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
构建了一种基于多路并行探测提高光子计数关联成像质量的方案,分析了其成像性能,并通过数值模拟验证了其有效性。探讨了探测路数、回波信号平均光子数和辐照散斑场的稀疏度对成像质量的影响。数值模拟结果表明,该方案下的关联成像质量与探测路数成正相关,随着回波信号平均光子数和辐照散斑场稀疏度的增加,成像质量先提升后降低。
成像系统 关联成像 光子计数 泊松分布 单光子探测
安徽师范大学物理与电子信息学院, 安徽 芜湖 241000
理论研究了联合增光子双模相干态的非经典特性。数值计算表明激发数对光场的的交叉关联特性和亚泊松分布效应有明显影响。只有当激发数s6时,光场的二个模之间才存在关联效应。随着激发数的增大,光场的二模交叉关联效应加强,交叉反关联效应减弱。另一方面,光场的亚泊松分布效应随着激发数的增大而减小。最后,提出了一个基于囚禁离子的制备联合增光子双模相干态的方案。
量子光学 互关联函数 亚泊松分布 相干态 Quantum optics cross correlation function sub-Poisson distribution effect coherent state
武汉大学光电子信息学院， 湖北 武汉 430072
单光子模式激光测高仪具有灵敏度高、重复频率高、重量轻、体积小等诸多优势，其代表着新一代天基激光雷达的未来发展趋势。对常见的高斯回波波形，基于激光雷达方程、单光子探测器统计特性，建立了单光子回波探测概率模型，基于该模型进一步推导了测距误差的量化关系式，并利用蒙特卡罗方法对所建模型进行了仿真验证。理论分析和仿真计算表明：回波脉宽越窄，测距的系统误差和随机误差越小；回波强度越大，测距的随机误差减小，但系统误差增大。以均方根脉宽为1.5 ns的高斯回波为例，忽略噪声影响，当平均信号光子数为1时，单次测距系统误差约6 cm，随机误差约22 cm。
遥感 激光测距 测距精度 蒙特卡罗方法 单光子 泊松分布 中国激光
2016, 43(11): 1110001
哈尔滨师范大学 光电带隙材料省部共建教育部重点实验室， 黑龙江 哈尔滨 150025
在全量子理论的背景下提出两个二能级原子分别与一单模腔场相互作用的系统模型，利用量子主方程和数值模拟计算等方法，研究该体系中腔场平均光子数、Mandels Q因子及二阶量子相关度在非稳态时的变化规律。此外，对体系中原子及腔场中光谱结构进行了分析。结果表明:减小腔场耗散系数，增大原子间耦合系数，体系量子特性愈加明显。体系光谱呈现出Mollow 三重峰结构，且原子辐射谱强度远大于腔场辐射谱强度。当原子跃迁频率与腔场跃迁频率为近共振时，Mollow峰值为三峰中最大值。此外，增大原子与腔场间耦合系数，可增大原子光谱的中峰强度；而增大腔场光谱的中峰强度，则需减小原子与腔场间耦合系数。
量子主方程 双耦合二能级系统 亚泊松分布 反群聚效应 自发辐射光谱 quantum master equation double coupling two-level system sub-Poisson distribution anti-bunching effect spontaneous emission spectrum
安徽师范大学物理与电子信息学院, 安徽 芜湖 241000
为了研究非线性和叠加效应对量子态的影响，采用理论分析和数值计算相结合的方法，研究了一种新的量子态, 即非线性圆态。分析了该态的平均光子数分布、亚泊松分布、压缩效应等非经典性质，同时计算了它的维格纳(Wigner)函数。数值模拟结果表明：随着Lamb-Dicke 参数和叠加态数目的增大，非线性圆态的平均光子数增加，而由该态描述的光场的亚泊松分布和压缩效应受到减弱。表征非线性效应的Lamb-Dicke 参数和叠加态数目对该态的非经典特性有明显的影响。
量子光学 非线性圆态 亚泊松分布 压缩效应 Wigner函数
