基于拉盖尔-高斯光束的单光子捕获理论研究

基于TEM10模拉盖尔-高斯光束,推导自由空间量子密钥分配中单光子捕获概率表达式.针对低轨卫星-地面站间激光链路进行单光子捕获分析.结果表明:采用可高度衰减激光脉冲的TEM10模拉盖尔-高斯光束作为单光子源,单光子捕获采用前驱波参考脉冲设置时间窗口的方法,可使卫星上接收机以最大概率捕获光子.与基模高斯光束相比,采用TEM10模拉盖尔-高斯光束的优点是,不会由于卫星运动而增加单光子捕获概率的损耗.     

基于拉盖尔-高斯光束的单光子捕获理论研究

基于TEM₁₀模拉盖尔-高斯光束,推导自由空间量子密钥分配中单光子捕获概率表达式。针对低轨卫星-地面站间激光链路进行单光子捕获分析。结果表明：采用可高度衰减激光脉冲的TEM₁₀模拉盖尔-高斯光束作为单光子源,单光子捕获采用前驱波参考脉冲设置时间窗口的方法,可使卫星上接收机以最大概率捕获光子。与基模高斯光束相比,采用TEM₁₀模拉盖尔-高斯光束的优点是,不会由于卫星运动而增加单光子捕获概率的损耗。     

基于拉盖尔-高斯光束的单光子捕获概率研究

单光子源通常采用基于高斯光束的高度衰减激光脉冲,假设激光束具有初始高斯时域脉冲波形和TEM01模拉盖尔-高斯空域分布.基于折射率起伏的Rytov近似和修正von Karman谱模型,研究了大气湍流对星地量子通信单光子捕获概率的影响;建立了上行信道和下行信道的单光子捕获概率理论模型;针对低轨卫星-地面站间激光链路,对单光子捕获概率进行了分析.结果表明:上行信道的单光子捕获概率强烈依赖于地面折射率结构常数C2n(0),且随着C2n(0)的增加而减小;然而,下行信道的单光子捕获概率并不依赖于C2n(0),即大气湍流对其没有影响.     

基于拉盖尔-高斯光束的单光子捕获概率研究（英文）

单光子源通常采用基于高斯光束的高度衰减激光脉冲,假设激光束具有初始高斯时域脉冲波形和TEM_(01)模拉盖尔-高斯空域分布.基于折射率起伏的Rytov近似和修正von Karman谱模型,研究了大气湍流对星地量子通信单光子捕获概率的影响;建立了上行信道和下行信道的单光子捕获概率理论模型;针对低轨卫星-地面站间激光链路,对单光子捕获概率进行了分析.结果表明:上行信道的单光子捕获概率强烈依赖于地面折射率结构常数C_n~2(0),且随着C_n~2(0)的增加而减小;然而,下行信道的单光子捕获概率并不依赖于C_n~2(0),即大气湍流对其没有影响.     

基于泊松分布单光子源的量子误码率的分析

在自由空间量子密钥分配中,单光子源采用具有泊松分布的高度衰减激光脉冲,量子密码术协议采用BB84和B92协议。通过引入量子信道传输率、单光子捕获概率、测量因子和数据筛选因子,建立了量子误码率理论模型,给出了量子误码率的表达式。对于自由空间量子信道,引起量子误码率的主要因素是光学元件、探测器暗噪声和空间光学环境,并对这些因素进行了分析。针对低轨卫星_地面站间链路,进行了量子误码率的数值仿真研究。结果表明,在低轨卫星_地面站间进行量子密钥分配是可行的,限制自由空间量子密钥分配链路距离的主要因素是探测器暗噪声和空间光学环境。     

星-地量子密钥分发链路持续时间分析与仿真

链路持续时间是影响卫星量子密钥分发量子比特率的重要参数.文章分析了影响星-地单光子和纠缠光子量子密钥分发链路持续时间的若干因素,并且进行了数值仿真研究.结果表明,随着轨道高度的增加或者地面最小通信仰角的减小,单光子和纠缠光子链路的持续时间有较大的改善;单光子链路时地面站同卫星星下点轨迹间的距离和纠缠光子链路时两地面站之间的距离也均是影响链路持续时间的重要参数;纠缠光子链路持续时间的影响因素较单光子链路更为复杂,其最终决定于卫星星下点轨迹同两地面站之间的位置关系.     

Ⅱ类光学参量放大器中多横模的共振

研究了一阶厄米-高斯模TEM01模和TEM10模在光学参量放大器中的共振情况。针对非线性KTP晶体各向异性引入像散效应,导致TEM01模和TEM10模不能在光学参量放大器中同时共振,设计了一个对称补偿方案,使其可以在光学参量放大器中同时共振,并进行了实验验证,为超纠缠态的实验产生奠定了基础。     

光学相关论题 大气光学

P427.1 2006043779大气湍流对厄米-高斯光束光束质量的影响=Influence ofat mospheric turbulence on the beam quality of HermiteGaussian beams[刊,中]/张恩涛(四川大学激光物理与化学研究所.四川,成都(610064)) ,季小玲…∥光电工程.—2006 ,33(3) .—28-31采用二阶长束宽、桶中功率和光束质量参数作为特征参数,研究了大气湍流对厄米-高斯( H-G)光束远场光束质量造成的影响,并对其作了详细的数值计算和分析。研究结果表明,在大气湍流中,TEM10模光束的相对展宽小于TEM00模光束的相对展宽。在湍流不太强的情况下,TEM10模的光束质量…     

厄米-高斯模和拉盖尔-高斯模及它们之间的转换

介绍了厄米-高斯模和拉盖尔-高斯模的特点,基于厄米多项式与拉盖尔多项式之间的关系,给出了拉盖尔-高斯模用对角的厄米-高斯模的展开式表示,进而讨论了利用模式转换器使厄米-高斯光束转化为拉盖尔-高斯光束的方法。     

(1+1)维强非局域非线性介质中的高阶模呼吸子

基于强非局域非线性介质中的Snyder-Mitchell模型,利用分离变量法得到了(1 1)维光束传输的厄米-高斯型解析解.比较厄米-高斯型解析解与非局域非线性薛定谔方程的数值解,证实了,在强非局域条件下,该厄米-高斯型解与数值解完全吻合.对厄米-高斯光束的传输特性进行研究,结果表明,光束束宽会出现周期性的压缩或者展宽现象.并且得到了实现厄米-高斯光束稳定传输的临界功率、厄米-高斯孤子解及传输常量,临界功率与厄米-高斯光束的阶数无关,但传输常量随阶数的增加而增加.高斯呼吸子和高斯孤子就是基模厄米-高斯呼吸子和基模厄米-高斯孤子.     

Theoretical Study of Quantum Bit Rate in Free-Space Quantum Cryptography

The quantum bit rate is an important operating parameter in free-space quantum key distribution. We introduce the measuring factor and the sifting factor, and present the expressions of the quantum bit rate based on the ideal single-photon sources and the single-photon sources with Poisson distribution. The quantum bit rate is studied in the numerical simulation for the laser links between a ground station and a satellite in a low earth orbit. The results show that it is feasible to implement quantum key distribution between a ground station and a satellite in a low earth orbit.     

高精度千赫兹流动激光测距系统中国西部地区实测结果分析

为了解决人造卫星激光测距观测站在我国东西部地区分布不均衡的现状,中国地震局地震研究所采用方便运输的载车结构和皮秒级千赫兹半导体激光器,结合自行研制的皮秒级事件计数器和纳秒级距离门,研制了新一代的大口径流动卫星激光测距系统TROS1000.TROS1000具备千赫兹流动激光测距的能力,并且具有机动灵活、架设周期短等特点.2019年9月,TROS1000抵达中国科学院新疆天文台南山观测站,在我国西部地区首次获取千赫兹激光观测数据.经过数据预处理,中低轨卫星的单次精度优于14 mm,高轨卫星的单次精度优于19 mm,与上一代流动激光测距系统相比,其单次精度更高,有效回波信号更多,目标探测能力更强.     

Extension of the Jones matrix formalism to higher-order transverse modes

The well-known Jones matrix formalism, which can be directly applied to the propagation of the polarization of fundamental (TEM(00)) laser resonator modes, has to be modified for higher-order transverse modes. It is shown that this can be done in straightforward manner by using N x N matrices instead of the 2 x 2 Jones matrices, where N denotes the number of orthogonal polarization states of the transverse mode under consideration. The most common case of TEM(01) Hermite-Gaussian modes, where N is four, is discussed in detail.     

Non-equiphase Hermite-Gaussian model of diode laser beams

A non-equiphase Hermite-Gaussian model is proposed to describe the field in the plane parallel to the junction of double-heterostructure (DH) diode laser beams. The analytical expression for the far field of DH diode laser beams is derived and used to compare the calculated intensity profiles with the measured and calculated values given by Nemoto and Zeng et al., showing a further improvement between the calculated and measured profiles by using the non-equiphase Hermite-Gaussian model.     

OPNET和STK联合的空间光骨干网络仿真设计

空间光骨干网络是我国空间信息网络的核心。为了对空间光骨干网络中的协议体系、网络架构和关键技术进行可行性验证，开发了基于OPNET和STK(satellite tool kit，卫星工具包)联合的空间光骨干网络仿真平台。设计了由4颗GEO卫星组成的天基骨干网、由10颗LEO卫星组成的天基接入网；开发了由物理层到应用层的光网络协议仿真模型和LEO、GEO、地面站3种节点进程模型，对光骨干网络进行了仿真测试。仿真结果表明:空间光骨干网络最大时延为5.48 s，最小为0.35 s，网络全局平均时延为1.06 s，地面站实时吞吐量最大值为0.88 Gb/s，最小为0.3 Gb/s，证明该平台可准确模拟空间光骨干网络功能，满足空间业务高效传输的需求，为空间光骨干网络性能验证提供仿真平台支持。     

高阶模激光束通过会聚光学系统的聚焦特性

以惠更斯 -菲涅尔原理和取样理论为基础 ,利用计算机编程计算和绘图软件 Graftool得到高阶模激光束 (如厄米 -高斯光束 TEM1 1 、TEM1 2 (或 TEM2 1 )、TEM2 2 和拉盖尔 -高斯光束 TEM1 0 、TEM1 1 )经过会聚光学系统 (以双透镜聚焦系统为例 )传播后的聚焦曲线 (r- z)。在聚焦曲线上 ,r的极小值 rmin就是激光束会聚的聚焦光斑尺寸 ,对应的 z值是束腰位置 zfocus。这样就从理论上获得了上述激光束通过会聚光学系统后的束腰位置和聚焦光斑尺寸 ,从而为研究高阶模激光束的聚焦问题提供了一种新方法     

Power Density Distribution Simulation and Relevant Heat Effect Calculation of a High-power CO2 Laser with Low Order Modes

The vertical excitation axial-flux kilowatt CO2 laser is an equipment widely used in the high-power laser heat treatment industrial applications. The experimental measurements indicate that the power density distribution of laser beam is generally of ring distribution with a sunken at the center, therefore the laser beam cannot be simply regarded as base mode Gaussian beam. In this paper, such laser beam is regarded as the non-interference superposition of TEM00 and TEM01 mode beams, the method to determine the simulation parameters is discussed, and the relevant heat effect calculation equation is deduced.