1 哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院大珩量子调控协同创新中心，黑龙江 哈尔滨 150080
2 中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室，安徽 合肥 230026
目标边缘增强上转换探测是一种通过非线性光学手段将红外（或太赫兹等）长波目标图像“上转换”到可见光波段的同时，强化目标图像几何边缘特征的新型上转换探测技术。基于准相位匹配的近红外上转换系统，理论结合实验进一步深入研究了泵浦空间复振幅结构对上转换目标图像特征的影响。通过比对研究定量分析了振幅带通滤波与螺旋相衬对目标图像边缘特征的增强效果，以及各自量子效率的差异。基于研究结论，针对几种典型场景给出了若干可实施的应用建议。
非线性光学 边缘增强 空间复振幅调制 上转换探测 傅里叶光学 平顶涡旋光束
1 哈尔滨理工大学 黑龙江省量子调控重点实验室 大珩协同创新中心，黑龙江 哈尔滨 150080
2 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
3 中国科学技术大学 中国科学院量子信息重点实验室，安徽 合肥 230026
得益于数字全息与几何相位平面光学技术的逐渐成熟，空间结构光场调控及应用研究已在线性光学领域取得蓬勃发展。与之相比，以非线性光学为物理途径的相关研究虽能实现许多关键功能（如光场间信息交互）却仍处于起步阶段。笔者课题组在国家自然科学基金等项目的支持下，近期聚焦光场调控与非线性光学领域前沿问题“空间多模态经典及量子光场的非线性产生、变换及接口技术”，重点突破了空间全维度参量变换理论与相关技术瓶颈，取得了一系列理论及应用创新成果，为高维量子光学相关实验研究的开展打下坚实基础。
结构光场 非线性光学 光场调控 structured light nonlinear optics light field shaping 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230397
红外与激光工程
2023, 52(5): 20230165
激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1100001
Author Affiliations
Abstract
1 CAS Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2 Synergetic Innovation Center of Quantum Information & Quantum Physics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
3 Science and Technology on Electro-Optical Information Security Control Laboratory, Tianjin 300308, China
Frequency conversion based on three-wave mixing is a critical nonlinear optic application, extending the frequency range of existing lasers and realizing frequency-transduced detectors in a wavelength range that lacks an effective detector. Phase matching is vital for effective frequency conversion. The advantages of quasi-phase matching (QPM) over birefringent phase matching are a lack of walk-off effect, a maximum nonlinear coefficient, and phase matching in the entire transparency window. Herein, using different types and orders of QPM, four kinds of effective frequency doubling processes are realized in a periodically poled potassium titanyl phosphate (KTP) crystal with a single period, and three kinds of frequency doubling processes are experimentally verified. We also show a feasible way to construct an RGB color generator based on two different QPM processes. This study significantly expands the feasible frequency conversion of existing lasers to different wavelengths, providing an effective method for multi-color laser generation based on periodically poled KTP crystals.
nonlinear optics frequency doubling multi-color laser quasi-phase matching Chinese Optics Letters
2023, 21(2): 021901
中国科学技术大学, 中国科学院量子信息重点实验室, 安徽 合肥 230026
轨道角动量 (OAM) 是光的一个重要的自由度。由于携带 OAM 的光束具有特殊的强度相位分布以及力学效应, 使得此类光束在高速光通信、测量、成像、光镊和量子信息中具有广泛的应用。关于 OAM 光束在准相位匹配晶体 (QPM) 中的频率变换研究，一方面可以研究 OAM 光束参与非线性相互作用时与高斯光束不同的物理机制; 另一方面, 非线性过程提供了多种有效的光场调控手段, 可以实现携带 OAM 光场不同自由度的精细调控, 为满足不同的光学应用奠定基础。综述了近十年来 OAM 光束在 QPM 晶体中的非线性转换研究主要进展, 具体包括: 非线性过程中 OAM 光束的守恒、传输、演化和干涉行为研究, 高效率的 OAM 激光和单光子态频率转换研究, OAM 频率转换效率模式非依赖性研究, 矢量光束的频率转换研究, 以及无后向选择的高维 OAM 纠缠态的制备研究。最后讨论和展望了 OAM 在 QPM 晶体中频率转换方面的未来研究趋势。
量子光学 轨道角动量 准相位匹配 非线性频率转换 矢量涡旋光束 quantum optics orbital angular momentum quasi-phase matching nonlinear frequency conversion vector vortex beam
中国科学技术大学光学与光学工程系, 中国科学院量子信息重点实验室, 安徽 合肥 230026
随着光学信息处理技术的发展,图像边缘检测技术在光学高对比度成像、自动驾驶、人脸识别、天文观测等领域得到了广泛的应用。光学边缘检测主要是借助4-f空间滤波成像系统,通过在傅里叶平面上加载滤波器来修改图像的频谱信息,进而实现物体边缘轮廓的提取。介绍了几种不同光学图像边缘检测方式,进行了简要的理论分析,并总结了国内外的相关研究进展。
模拟光学图像处理 空间滤波 边缘检测 模式识别 激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011014
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Quantum Information, CAS, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2 Synergetic Innovation Center of Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
In this Letter, we report on the successful optical storage of orbital angular momentum (OAM) using Rydberg electromagnetically induced transparency (EIT) in cold rubidium atoms. With a storage time of 1.4 μs, the retrieved structure is highly similar, showing the ability of storing light’s OAM at a principal quantum number of 20. The results at higher principal quantum numbers (n=25,30) are also measured. These results show the promise of image processing based on a Rydberg atomic system.
160.2900 Optical storage materials 020.5780 Rydberg states Chinese Optics Letters
2017, 15(6): 060201
1 中国科学技术大学量子信息重点实验室, 安徽 合肥 230026
2 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
载有轨道角动量(OAM)的光可用于提高光通信网络的带宽，而对不同轨道角动量态的区分是有效利用轨道角动量光的核心。利用空间光调制器设置合适的传递函数以实现傅里叶平面间的光学坐标变换。变换后，轨道角动量光随方位角的相位变化变成横向相位变化。相位修正后将不同轨道角动量的光聚焦到不同的横向位置，实现了对轨道角动量光的有效区分。
傅里叶光学 模式识别 空间光调制器 光通信
1 中国科学技术大学光学与光学工程系, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院量子信息重点实验室,量子信息与量子科技前沿协同创新中心, 安徽 合肥 230026
量子通信网络主要由用于存储和操纵量子态的存储单元和联络存储单元之间的 信息载体构成。光子是信息载体的最佳选择,存储单元可以由固态材料或气态原子组成。 相对于二维空间,编码于一个高维空间的光子可以携带更大的信息量。若能够实现编码 于高维空间的量子态存储,则在增大存储单元存储容量的同时,还可以提高网络的信道 容量和传输效率,因而高维量子态的存储研究成为当前量子信息领域的热点领域。 简要回顾了国内外在高维量子态存储方面的进展,着重介绍了近期基于冷原子系综实 现单光子条件下高维量子态存储的突破性进展,提出了构建高维量子网络需要解决的关键问题。
量子光学 量子存储器 高维编码态 轨道角动量 存储 quantum optics quantum memory quantum state encoded in a high-dimensional space orbital angular momentum storage
