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 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 宇航智能控制技术国防科技重点实验室，北京 100089
4 自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室，浙江 杭州 310012
5 中国科学院大学杭州高等研究院物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
针对水下鬼成像重构质量下降、分辨率退化的问题，分析水体对散斑场传播的作用，提出在重构计算前将参考臂散斑进行校正的方法，以实现对物臂散斑场的退化补偿，进而提高水下鬼成像的成像质量。首先根据近似的S-S（Sahu-Shanmugam）散射相函数和Wells模型推导得到调制传递函数，用来描述水体对散斑的退化作用；然后对参考臂散斑场进行校正补偿，使参考臂散斑与物臂散斑具有相同的退化程度以恢复关联性；最后采用校正后的参考臂散斑进行图像重构。从理论上证明了所提方法在二阶关联计算中会使得图像退化加剧，而在基于伪逆的重构计算中则可以有效提高图像分辨率、改善图像质量。通过仿真和实验验证了理论模型的正确性，该研究为远距离水下目标鬼成像图像恢复提供了新的思路。
海洋光学 水下鬼成像 散斑场退化补偿 水体调制传递函数 二阶关联 伪逆
1 山西大学, 物理电子工程学院 山西 太原 030006
2 太原理工大学物理与光电工程学院, 新型传感器与智能控制教育部重点实验室 山西 太原 030024
3 山西大学光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西 太原 030006)
具有反聚束特性的非经典光场是量子信息与量子光学的重要资源。基于非线性光学的量子干涉效应, 通过将压缩真空态与特定相位的相干态在光学分束器上合成的方法获得平移压缩真空态, 对压缩度和相干分量进行独立控制以获得反聚束。本文结合实验系统参数, 理论研究了压缩真空态的压缩度和相干态的幅度对实验产生反聚束光场的影响。在最优化平移条件下, 我们分析了系统总效率、背景噪声, 以及Hanbury Brown-Twiss(HBT)与Double HBT测量方法对反聚束光场g20测量的影响, 并讨论了误差为零处相应量子态的g20值和平均光子速率。
平移压缩真空态 反聚束 二阶关联函数 量子干涉效应 displaced squeezed vacuum state HBT HBT antibunching second-order correlation function quantum interference effect 量子光学学报
2023, 29(1): 010101
阜阳师范大学信息工程学院, 安徽 阜阳 236037
为克服随机散斑图照射下统计噪声对计算鬼成像成像质量的影响, 提出了随机散斑图正交优化计算鬼成像方法。首先在计算鬼成像的基础上分析随机散斑图对目标物体重构质量的影响; 然后结合实对称矩阵性质, 通过空间映射矩阵, 将原有随机散斑图正交化; 再利用重构的正交散斑图对未知物体进行照射并由桶探测器测量, 测得的一系列桶探测器值与计算机存储的重构散斑图通过二阶关联运算对目标物体进行重构; 最后参考重构散斑图的协方差矩阵特征, 对重构结果进行补偿, 进一步提升物体重构质量。该方法不仅能有效提升随机散斑图计算鬼成像的成像质量, 同时还具有算法结构简单的特点。仿真实验结果表明: 相比于传统的随机散斑图照射下的计算鬼成像, 该方法能有效地对目标物体进行重建, 并表现出良好的性能。
图像与信息处理 成像系统 计算鬼成像 随机散斑图 二阶关联 正交化 image and information processing imaging system computational ghost imaging random speckle patterns second-order correlation orthogonalization
郑州轻工业大学物理与电子工程学院河南省磁电信息功能材料重点实验室, 河南 郑州 450001
在有损耗、色散和自相位调制的影响下,通过分段分析法计算了自发拉曼散射光子的二阶相关函数,研究了长光纤中脉冲光泵浦下自发拉曼散射的时间模式特性。研究结果表明:在无色散和自相位调制的情况下,自发拉曼散射光子的二阶相关函数不受泵浦光损耗的影响,仅由泵浦光脉宽和拉曼光子相干时间之间的比值决定,与自发参量下转换光子的二阶相关函数具有相同的表达式;在有色散和自相位调制的情况下,由色散和自相位调制共同引起的泵浦光脉宽变化,以及泵浦光和拉曼光子间色散致走离,使拉曼光子的时间模式发生改变。自发拉曼散射光子的二阶相关函数取决于光纤损耗系数、色散参数和初始泵浦光脉宽等因素,不再与自发参量下的转换光子相同。
非线性光学 拉曼散射 光纤 时间模式 二阶相关函数 色散 自相位调制
Author Affiliations
Abstract
1 National Laboratory of Solid State Microstructures, School of Physics, School of Electronic Science and Engineering, College of Engineering and Applied Sciences, and Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University, Nanjing 210093, China
2 Institute for Quantum Information and State Key Laboratory of High Performance Computing, College of Computing, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
3 Mesoscopic Optics and Quantum Electronics Laboratory, University of California Los Angeles, California, CA 90095, USA
We report an observation of the second-order correlation between twin beams generated by amplified spontaneous parametric down-conversion operating above threshold with kilowatt-level peak power, from a periodically poled LiTaO3 crystal via a single-pass scheme. Photocurrent correlation was measured because of the bright photon streams, with raw visibility of 37.9% or 97.3% after electronic filtering. As expected in our theory, this correlation is robust and insensitive to parametric gain and detection loss, enabling important applications in optical communications, precision measurement, and nonlocal imaging.
amplified spontaneous parametric down-conversion robust second-order correlation high-gain twin beams Chinese Optics Letters
2020, 18(12): 121902
1 安徽师范大学物理与电子信息学院, 安徽 芜湖 241000
2 安徽师范大学光电材料科学与技术安徽省重点实验室, 安徽 芜湖 241000
3 安徽工程大学电气工程学院, 安徽 芜湖 241000
4 安徽工程大学高端装备先进感知与智能控制教育部重点实验室, 安徽 芜湖 241000
用一对平衡零拍探测器分别替代HBT(Hanbury-Brown-Twiss)实验中的单光子探测器,构成了一个modified-HBT干涉仪。介绍了基于modified-HBT干涉仪的光场二阶关联函数测量原理以及步骤,着重讨论了测量过程中对暗噪声的处理。基于理论分析,利用此干涉仪同时记录和统计了光场两空间分离模式的正交分量信息,实现了对光学参量振荡器输出的平移压缩态光场二阶关联函数的测量以及光子统计特性的表征。对于振幅压缩光,在特定的平移参量下,其二阶关联函数值小于1,表明光子呈现反聚束效应;而相位压缩光的二阶关联函数值总是大于1,光子呈现聚束效应。利用双光子干涉理论对测量到的平移压缩态光场的光子统计特性进行了解释,为理解压缩光的光子统计特性提供了参考。
量子光学 压缩态 二阶关联函数 平衡零拍探测 双光子干涉 光学学报
2020, 40(22): 2227001
1 北京航天控制仪器研究所, 北京 100039
2 中国航天科技集团有限公司量子工程研究中心, 北京 100094
远距离高精度的距离测量和目标定姿是航天遥感、目标识别、导航控制等领域的关键技术。从理论和实验上研究了利用热光二阶关联在深菲涅耳衍射区进行测距的方法,测距的精度优于0.5 mm,并采用原理证明模拟实验验证了利用该测距方法实现测姿的可行性。此方法可作为传统激光测距技术的补充,并可以实现远距离高精度测距。此方法具有可利用恒星等自然光源实现测距与测姿以及对能量等资源需求较少的优点,为卫星定位等空间测距需求提供了一种新的解决方案。
测量 二阶关联 热光 测距 测姿 深菲涅耳衍射区 光学学报
2020, 40(19): 1912002
1 白城师范学院物理与电子信息学院,吉林 白城 137000
2 延边大学理学院物理系,吉林 延吉 133002
计算了两个弱克尔非线性耦合腔被同时驱动下的归一化二阶关联函数。经分析计算发现了强反聚束的优化条件,分析结果同数值模拟非常符合。同时分析了在优化条件下参数的变化对强反聚束的影响。
归一化二阶关联函数 克尔非线性 反聚束 normalized second-order correlation function Kerr nonlinearity antibunching
1 山西大学光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
本文在87Rb冷原子系综中通过自发拉曼散射过程进行了量子关联光子对产生的实验研究,测量了关联光子对的产生率和二阶关联函数g(2)随写光激发率、读光功率以及写光失谐等实验参数的关系曲线。结果表明:随着写光激发率的增加,光子对产生率线性增加,g(2)则不断减小;在小的读光功率处,光子对产生率和g(2)随着读光功率增加而增大,当读光功率超过30 mW后,产生率和g(2)随着读光功率增加反而有所下降;写光频率失谐为-5 MHz时光子对产生率和g(2)均达到最低,增大或减小写光失谐产生率和g(2)均逐渐增加。通过选取合适的实验参数,光子对产生率达到18对／秒,同时g(2)为106。本文的研究结果为产生高质量的纠缠源提供了实验基础。
冷原子系综 自发拉曼散射 量子关联光子对 二阶关联函数 cold atomic ensemble spontaneous raman scattering quantum correlated photon pairs the second-order correlation function
1 南京邮电大学 信号处理传输院, 南京 210003
2 南京邮电大学 宽带无线通信与传感网技术重点实验室, 南京 210003
3 中国科学技术大学 量子信息重点实验室, 合肥 210000
应用量子主方程理论研究量子点-微腔耦合系统的激射性质.分别探索了不同类型的微腔耦合系统(“好的系统”、“中等系统”)在外加泵浦场的作用下表现出的激射现象. 分析比较了失谐大小及环境纯消相干对这两种微腔耦合系统的内部特性(光场分布、腔内光子数等)产生的影响.数值仿真表明：对于“好的系统”, 在失谐量不大的情况下, 引入适当的纯消相干有利于提高耦合系统的激射性能; 对于“中等系统”, 由于失谐条件下光子在腔内集聚困难, 因而很难达到激射, 但是通过引入适量的纯消相干可以对腔内光场分布和光子数产生剧烈调制作用. 该结果对于研究单量子点激光器, 以及探索光与物质相互作用等方面具有指导作用.
量子点-腔 纯消相干 量子主方程 激射 失谐 二阶相关函数 Quantum dot-cavity Pure dephasing Quantum Master Equation Lasing Off-resonant Second-order correlation function
