1 大连工业大学光子学研究所, 辽宁 大连 116034
2 大连工业大学基础教学部, 辽宁 大连 116034
利用原子-腔超强耦合光力系统, 通过调制光力耦合, 开展了力学振子的宏观量子叠加态的制备与特性研究。首先利用 Wei-Norm 方法给出了演化算符的计算过程, 并针对任意原子-腔初始态情况, 给出了整个系统演化波函数的解析形式, 结果表明假设对原子—腔子系统进行测量, 在一定条件下, 振子将处于宏观量子叠加态。进一步给出了力学振子宏观量子叠加态的 Wigner 函数的解析表达式, 并对影响宏观量子态量子性的可能因素进行了理论计算和分析。最后讨论了原子-腔不同的初始态对宏观量子相干性强弱的影响, 并给出宏观量子相干性最强的初态参数; 还讨论了原子-腔耦合强度对宏观量子叠加态的量子相干性的影响, 发现耦合强度越强, 宏观量子叠加态的量子相干性就越强。
量子光学 超强耦合光力系统 腔光力系统 宏观量子叠加态 宏观量子相干性 quantum optics ultra-strong coupled opto-mechanical system cavity opto-mechanical system preparation of macroscopic quantum superposition s macroscopic quantum coherence
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
4 皖西学院 机械与车辆工程学院，安徽 六安 237012
为了后期研制星载高重频激光雷达提供数据校正及仿真，设计研制了一套小视场高重频激光雷达验证系统。对该激光雷达进行详细的光机系统结构设计，利用Zemax软件模拟发射、接收与后继单元光路图。精确计算出出射光束发散角为0.106 mrad，设计新型的光束转向结构确保正入射到扩束器中。在0.4 mm小孔光阑下，接收单元视场角0.25 mrad，在系统焦平面上的小孔光阑偏心不得超过29 μm，选择高精度三维调整结构对小孔光阑精确定位。整机结构设计采用模块化设计方法，以方形框架为基准，不同单元模块安装在其不同位置，高度集成在尺寸为390 mm×390 mm×550 mm以内。对发射单元进行装校，并检测出发散角为0.11 mrad，与仿真结果相比，相对误差为4.1%；对接收与后继单元进行装校，采用平行光管出射的平行光正入射到接收望远镜，获得系统焦点精确位置，完成高精度的装校。通过对系统增益比进行标定实验，得到系统增益比为1.15，并对系统进行探测实验，探测结果：系统在夜晚气溶胶探测距离可达22 km，退偏振比可达10 km。在白天探测距离可达10 km，退偏振比可达6 km，并与太阳光度计比较，光学厚度相对误差为7.1%。整机性能满足设计要求，为后期做飞行实验打好基础。
小视场高重频激光雷达 光机系统设计 装校 性能测试 lidar with small-field of view and high-repetition frequency opto-mechanical system design installation and calibration performance testing 红外与激光工程
2021, 50(12): 20210046
1 上海航天控制技术研究院光电探测与制导事业部，上海 201109
2 中国航天科技集团有限公司红外探测技术研发中心，上海 201100
为了满足自准直动态靶标跟踪精度的需求，建立一种用于离心工况下旋转虚拟目标光机系统，即采用一个旋转式平行光管来模拟无穷远处的旋转目标以完成光电跟踪光端机的跟踪性能检测与定标。对于平行光管中安装在主反射镜背部的三个辅助支撑，通过对辅助支撑径向位置的优化排布可以使该结构的基频达到167 Hz，离心工况下主镜面形误差的方均根（RMS）值小于λ/30（λ为632.8 nm）。采用4D干涉仪对平行光管的波像差进行检测，检测结果表明平行光管的波像差RMS值优于λ/15。
测量 自准直动态靶标 跟踪精度检测 平行光管 光机系统设计 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2312003
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
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
1 桂林理工大学 广西空间信息与测绘重点实验室，广西 桂林 541006
2 天津大学 微电子学院，天津 300072
3 桂林理工大学 机械与控制工程学院，广西 桂林 541006
4 桂林理工大学 地球科学学院 ，广西 桂林 541006
5 中国电子科技集团公司第三十四研究所，广西 桂林 541004
LiDAR作为一种测深、水下地形绘制设备已在国外进入商用阶段。而我国LiDAR研制与应用相对缓慢，且主要集中在大型双频测水LiDAR的研制上。笔者所在团队在双频测水LiDAR设计的基础上，针对无人机，设计了单频LiDAR光机系统。首先分别设计了该系统的组成部分，即采用反射式光楔实现圆周扫描的扫描单元、采用Kopilevich模型计算的最佳接收视场角、采用广义开普勒系统设计的接收光学单元，然后集成整机，计算光学系统效率，仿真实验验证扫描效果，波形测试验证设计LiDAR可用性。该系统最佳接收视场角为95 mrad，最佳飞行航高150 m，飞行速度10 m/s，最佳测量水深25 m以内，最大测量水深50 m。该系统采用Kopilevich模型确定LiDAR最佳视场角，提升了LiDAR光机系统性能，并可切换两种不同扫描方式。
激光雷达 水深测量 光机系统 开普勒系统 无人机 LiDAR bathymetry opto-mechanical system Kepler system Unmanned Aerial Vehicle(UAV) 红外与激光工程
2021, 50(4): 20200297
1 中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100193
微纳机械振子在精密测量领域有着广泛的应用,其中调幅或者调频技术是机械振子力 学探测中常用的两种方法。一般情况下机械振子测量灵敏度主要受到热噪声的限制。因此,采用压缩的方法来降低特定相应 测量分量上的热噪声可以有效提高微纳机械振子的力学测量灵敏度。在腔光力系统中通过锁相环路锁定机械振子的振动频率, 并利用光学囚禁对机械振子的振动频率进行调制,在调制频率为机械振子共振频率的两倍时成功对机械振子的特定振动分量进 行了压缩。并且通过反馈增强系统稳定的方法,成功地超越了参量压缩的3 dB极限,达到了4.4 dB的最大压缩率。
量子光学 参量压缩 腔光力系统 微纳机械振子 反馈控制 quantum optics parametric squeezing cavity opto-mechanical system micro-nano mechanical resonator feedback control
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
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
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 230026
介绍了自行研制的太阳反射波段超光谱辐照度仪的光机系统设计。仪器的光谱范围为400~2500 nm,包括三个分光探测单元,可实现太阳总辐照度、天空漫射辐照度、太阳直射辐照度和漫总比的长期自动测量。为验证光机系统设计的合理性,对外场实验数据进行了分析。通过与传统人工测量漫总比数据的对比,发现两种方法的漫总比偏差小于2%。仪器具备与传统测量方式相当的辐照度测量精度,在卫星遥感器自动化定标中具有一定的优势。
光学器件 光学遥感 无人值守 光机系统设计 辐照度基法
1 海装西安局, 西安 710068
2 西安应用光学研究所, 西安 710065
精确的光机分析是实现系统优化设计的前提。针对耦合场作用导致光机系统中光学元件面形发生非回转对称的变化, 提出了Zernike拟合的三维接口模型, 以提高光机分析数据转换精度, 实现耦合场作用下光机系统的高精密分析。对某光机系统进行重力和温度场耦合集成分析, 提取各光学面形变化的非对称分布, 并借助该三维接口模型在光学设计平台中对系统成像质量进行分析, 用于后期系统优化设计。结果表明该接口模型可应用于实际多场作用下的光机系统分析。
光机系统 成像质量 耦合场 Zernike拟合 有限元分析 opto-mechanical system imaging quality coupled field Zernike polynomials fitting finite element analysis
Author Affiliations
Abstract
Department of Electrical Engineering and Computer Science, iMicro Center, MASDAR Institute, Building A1, PO Box 54224, Masdar City, United Arab Emirates
An optically enabled z-axis micro-disk inertia sensor is presented, which consists of a disk-shaped proof mass integrated on top of an optical waveguide. Numerical simulations show that the optical power of laser beam propagating in a narrow silicon nitride (Si3N4) waveguide located under the disk is attenuated in response to the vertical movement of the micro-disk. The high leakage power of the TM mode can effectively be used to detect a dynamic range of 1 g ? 10 g (g=9.8 m/s2). At lest, the waveguide is kept at a nominal gap of 1 ?m from the proof mass. It is adiabatically tapered to a narrow dimension of W×H = 350×220 nm2 in a region where the optical mode is intended to interact with the proof mass. Furthermore, the bottom cladding is completely etched away to suspend the waveguide and improve the optical interaction with the proof mass. The proposed optical inertia sensor has a high sensitivity of 3 dB/g when a 50 μm-long waveguide is used (normalized sensitivity 0.5 dB/μm2) for the vertical movement detection.
Micro-opto-Mechanical system Micro-opto-Mechanical system photonic inertia sensor photonic inertia sensor hybrid integration hybrid integration Photonic Sensors
2016, 6(1): 78
