基于LabVIEW的连续变量相位检测系统

构造了一种连续变量相位检测平台.发射端采用相位调制器产生连续的相移,接收端使用零差探测器测量光场的正则相位,选用NI的高性能数据采集卡PCI61 11E控制整个系统.使用LabVIEW虚拟仪器模块化编程技术,包括PID控制、DAQmx数据采集和三角拟合,缩短系统开发时间,提高编程效率,通过琼斯矩阵理论推导和实验验证了连...     

基于双音外差的电光相位调制器半波电压自校准测量方法

电光相位调制器是光纤通信系统、微波光子系统和相干光通信系统中的关键器件之一. 作为器件本征参数, 电光相位调制器的半波电压通常利用光谱方法和电谱方法进行测量. 光谱方法受到光源线宽和光谱仪分辨率限制, 测量的分辨率较低; 电谱方法则需要光电检测之前将相位调制转换成强度调制, 电谱方法的主要困难在于需要对探测器的不平坦响应进行额外校准. 提出了利用双音外差实现电光相位调制器半波电压自校准测量新方法, 该方法利用双音电光相位调制的边带与移频光载波的外差拍频, 对外差拍频信号进行频谱分析, 获得电光相位调制器的半波电压; 通过设定双音调制信号的频率关系, 克服了探测器光电转换中的不平坦频率响应, 实现了自校准测量. 该方法可扩展探测器和频谱仪的测试频率两倍以上, 节省至少一半的带宽需求. 与光谱测量方法相比, 该方法测试分辨率大幅提高且避免了光源线宽的影响; 与传统电域测量方法相比, 该方法无须额外校准, 无驱动功率和工作波长限制, 且对测试仪器带宽需求降低一半以上. 实验证实了所提方法获得的电光相位调制器半波电压的测量结果与光谱分析法获得的结果一致, 且大幅度地提高了测量范围和分辨率. 该方法提供了非常简单的电光相位调制器微波特性化分析方法, 对其他光电子器件分析也提供了参考.     

时域脉冲平衡零拍探测器的高精度自动平衡

时域脉冲平衡零拍探测器能够直接对光场量子态的正交分量进行测量, 是连续变量量子密钥分发系统的核心测量器件, 其测量精度与密钥分发系统的额外噪声及安全密钥速率密切相关. 本文理论分析了探测器双臂不平衡对测量精度的影响, 实验设计并研制了双臂可精确自动平衡的时域脉冲平衡零拍探测器. 通过高精度控制探测器一臂的光纤圆环曲率半径, 实现了光纤内部光场强度的精密衰减, 进而获得了探测器的精确自动平衡. 实验测试结果表明时域平衡零拍探测器双臂具有10^-5以上的平衡精度, 能够长时间稳定运行, 有效避免了探测器的输出电压进入非线性区或饱和区. 该探测装置可应用于连续变量量子密钥分发系统, 有效降低由于量子态信号探测过程引入的额外噪声, 提高系统的长期稳定性.     

连续变量相干光通信中的联合调制编码系统(英文)

根据单束光连续变量相干光通信的编码要求,提出一种联合磁光调制和电光调制的联合调制系统;根据Stokes参量与邦加球的映射关系以及Stokes矩阵理论,分析了该系统的编码原理,构造了单光束相干光通信系统,并根据编码的需要设计了相关的磁光调制器驱动控制电路和随机数产生电路.最后利用零差检测技术测量Stokes参量;将发送码与接收码进行整形处理后,得到误码率小于3.60%的通信效果,证明了该联合调制实验方案的可行性.为连续变量密钥分配提供一种简捷的编码方法.     

一种基于确定性量子密钥分发误码判据的相位调制器半波电压的精确测定方法

基于相位编码的量子密钥分发系统需要对信息加载的相位调制器的半波电压进行精确的测定以减小量子密钥的误码率,相位调制器半波电压的测量精度直接影响到了量子密钥分发系统的最终误码.本文提出了一种基于确定性量子密钥分发误码率判据的相位调制器半波电压的精确测定方法,所采用相位调制器的半波电压的测量精度达到了2mV,实验结果表明这种方法可以用于量子密钥分发实际应用系统中实时获得不同条件下的行波相位调制器的半波电压以最大程度地减小由于相位信息不准确加载而带来的系统误码.     

一种基于确定性量子密钥分发误码判据的相位调制器半波电压的精确测定方法

基于相位编码的量子密钥分发系统需要对信息加载的相位调制器的半波电压进行精确的测定以减小量子密钥的误码率,相位调制器半波电压的测量精度直接影响到了量子密钥分发系统的最终误码.本文提出了一种基于确定性量子密钥分发误码率判据的相位调制器半波电压的精确测定方法,所采用相位调制器的半波电压的测量精度达到了2 mV,实验结果表明这种方法可以用于量子密钥分发实际应用系统中实时获得不同条件下的行波相位调制器的半波电压以最大程度地减小由于相位信息不准确加载而带来的系统误码. 关键词： 量子保密通信 相位编码 半波电压 误码率     

干涉条纹相位锁定系统分析及其控制

干涉条纹的相位变化与干涉条纹中某一固定点的光强密切相关,基于这一原理,通过对干涉场光强分析,提出并设计了一种用于干涉条纹相位锁定的控制系统.光电探测器检测干涉条纹中固定目标点的光强,并以该光强电压作为反馈控制信号,利用声光调制器对干涉系统中两束高斯光束中的一束进行实时频率调制,将光强电压控制在一个固定值,实现干涉条纹的相位锁定.构建了条纹锁定控制系统控制对象的理论模型,通过实验进行了验证,并基于该模型的特点设计了条纹锁定控制器.实验结果表明:在400Hz的控制频率下,干涉条纹相位漂移不超过±0.04个条纹周期,满足干涉光刻的曝光需求.     

基于液晶纯相位光调制器的4f系统去噪方法

分析了4f系统的噪声来源,提出使用液晶空间光调制器实时去除系统噪声.通过使用Zemike多项式拟合透镜等光学器件引入的像差,根据液晶纯相位光调制器利用位相共轭波进行静态波面校正的工作原理,提出了一种新的相位校正算法,模拟仿真美国BNS公司反射式256×256纯相位液晶空间光调制器,通过重构并逼近畸变波面,产生相位共轭波...     

基于相位/强度调制的伪毫米波超宽带信号的光学辅助探测（英文）

针对伪毫米波超宽带信号脉冲宽度窄且信号强度低而不易探测的特点,本文提出了两种光学辅助包络探测方案.将伪毫米波超宽带信号调制到光载波上,利用光纤布喇格光栅带通滤波器滤出调制器输出的第一边带信号,通过光电探测器和低通滤波器便可以得到用于判决的伪毫米波超宽带信号的包络信息.数学推导和仿真分析了分别采用相位调制器和强度调制器对输出包络信号振幅的影响.研究结果表明:强度调制器需要偏置控制电路来稳定偏置点的位置,当强度调制器工作在最小传输点时,得到的包络信号幅值最大;相位调制器无需偏置控制电路,其输出信号包络的幅值等于使用强度调制器的系统可得到的最大值;使用相位调制器的系统较使用强制调制器的系统具有结构更简单和插入损耗更低的特点.     

一种倍频因子及输出相位连续可调的微波光子移相系统

提出一种倍频因子连续可调,且相位连续变化的微波光子移相系统.系统主要由两个集成双偏振双平行马赫增德尔调制器组成,在不使用光滤波器的情况下,调节双平行马赫曾德尔调制器及相位调制器的射频驱动和直流偏置电压,生成二倍频,三倍频,…,六倍频微波信号,同时实现输出微波信号相位0～360°连续可调.仿真结果表明,当射频信号频率为10GHz时,可分别产生频率为20、30、40、50、60GHz的微波信号.调节相位调制器的直流偏置电压与半波电压比值从-1到1变化时,对应微波信号的相位从-180°到180°变化.此外,分析了调制器消光比对输出微波信号光载波抑制比和电杂散抑制比的影响,以及90°电桥相位平衡对微波信号相位漂移和幅度波动的影响.     

平衡零拍探测器的改进

平衡零拍探测技术是连续变量量子信息科学研究中测量量子态量子噪声的最佳方法之一。在平衡零拍探测系统中,需要一对性能和结构尽量相同的光电探测器,以便很好地减去经典噪声,有效探测散粒噪声基准及光场噪声。根据基尔霍夫电流定律及光电二极管串联的办法,设计并制作出一种性能优良的低噪声平衡零拍探测器。该探测器从光电二极管串联节点处取出光电流相减信号,然后对信号进行放大,在对两探测器全同性要求降低的同时提高了平衡零拍探测的性能。实验结果表明,该探测器在2MHz处共模抑制比达39dB,能很好地满足量子信息对低噪声、线性增益及高共模抑制比的要求。     

压缩态光场平衡零拍探测的位相锁定

平衡零拍探测是测量量子光场的重要方法之一. 通过对相位灵敏光学参量放大器注入的信号进行位相调制, 然后利用平衡零拍探测系统测量光学参量放大器输出的压缩光. 将相位灵敏光学参量分别运转在参量放大和参量缩小, 通过观察噪声谱中的调制信号就可确定测量的量子光场是正交振幅或位相分量. 通过解调位相调制信号可获得误差信号, 实现锁定平衡零拍探测系统本底光与待测光场相对位相为零(对应于待测光场振幅噪声分量). 关键词： 平衡零拍探测 位相锁定     

平衡零拍测量对连续变量量子密钥分配的影响

与单光子量子密钥分配采用单光子探测器不同，连续变量量子密钥分配采用平衡零拍测量技术.分析了由于参考光的真空噪声、分束器的透射率和反射率不相等引入的平衡零拍测量误差，以及平衡零拍测量探测器的电子噪声对连续变量量子密钥传输的最大安全距离的限制，给出了平衡零拍测量的探测噪声、电子噪声和密钥量之间的定量表达式.     

Evaluation of coherent homodyne and heterodyne optical CDMA structures

This paper evaluates the coherent optical code-division multiple-access (OCDMA) techniques and examines the overall system performance in terms of signal-to-noise ratio (SNR) penalty as a function of simultaneous users accommodated to maintain an appropriate value of the bit-error rate (BER) for homodyne and heterodyne detections. As spreading codes, the proposed structures are utilizing a recently introduced prime code family hereby referred to as double-padded modified prime code (DPMPC). As a coherent modulation, binary phase-shift keying (BPSK) format is deployed. In homodyne detection, two different phase modulations are studied including either an external phase-modulator or injection-locking methods. The phase limitation and the performance for two methods plus multiple-access interferences (MAI) and receiver noise in a shot-noise limited regime are investigated. In heterodyne detection, BER analysis of the system based on only external phase modulator is examined. It is found that by maintaining BER = 10⁻⁹, this system can accommodate an increased number of simultaneous users to compare with systems which employ conventional bipolar codes.     

方位远探测声波测井仪数据采集控制软件设计*

方位远探测声波测井技术在近年来得到了快速发展,数据采集控制软件是测井仪器系统的重要功能模块,其主要功能是完成地面采集控制平台与井下仪器的实时命令控制与数据传输。方位远探测声波测井仪数据采集控制软件模块以仪器库的形式挂接到成像测井系统,软件主要由仪器初始化、数据采集、数据分析及处理、仪器参数设置、下发命令封装、文件操作、实时波形绘图显示、实时波形处理、数据回放、帮助系统等部分组成。在程序设计中采用了多线程编程技术,提高与测井主控平台进行交互的时效性以及程序的响应速度。实验室及现场测试表明,方位远探测声波测井仪数据采集控制软件的总体及各个功能模块运行稳定,能够完成现场应用过程中对仪器的控制、数据读取、数据分析及处理、文件记录以及与现场测井采集控制平台的数据接口等需求,为仪器的进一步功能优化升级和现场应用提供了基础。     

基于LabVIEW的微小电容测量

针对电容层析成像技术中的微小电容测量的问题,以数字相敏检波原理为基础,LabVIEW软件及NI采集卡为核心设计了微小电容测量系统。LabVIEW程序控制NI采集卡产生激励信号加在微小电容两端,C/V转换电路将其转换为电压信号,NI采集卡将采集的电压信号传送到PC机中,并在LabVIEW程序中通过数字相敏检波算法对数据进行处理及显示。最终,通过对数据进行线性化,得到相应的测量电容值。实验结果表明,该系统具有精度高,线性度好,稳定性好等优点,可以满足电容层析成像系统中对微小电容的测量的要求。     

360 degree realistic 3D image display and image processing from real objects

A 360-degree realistic 3D image display system based on direct light scanning method, so-called Holo-Table has been introduced in this paper. High-density directional continuous 3D motion images can be displayed easily with only one spatial light modulator. Using the holographic screen as the beam deflector, 360-degree full horizontal viewing angle was achieved. As an accompany part of the system, CMOS camera based image acquisition platform was built to feed the display engine, which can take a full 360-degree continuous imaging of the sample at the center. Customized image processing techniques such as scaling, rotation, format transformation were also developed and embedded into the system control software platform. In the end several samples were imaged to demonstrate the capability of our system.     

两种方法实现对掺镱光纤放大器的相位校正

 在光纤激光器阵列的相干合成技术中，主振荡并联放大器（MOPA）方案最关键的技术是对光纤放大器进行相位控制与校正。本文用两种方法分别对掺镱光纤放大器进行了相位控制与校正。一种是爬山法，通过自动寻优的方式不断改变相位调制器控制电压，使系统输出保持在干涉最强处；另一种是外差法，通过实时探测和校正光路中相位的变化，确保输出光束的相位一致。实验系统中主振荡激光器的波长为1 083 nm，输出功率0~100 mW连续可调。光纤相位调制器是铌酸锂相位调制器。光纤放大器输出功率0~1 W连续可调，整个光路为全保偏光路。爬山法系统的工作频率为100 kHz，控制精度为λ/10；外差法系统的移频量为40 MHz，精度优于λ/20。在两类闭环控制过程中，铌酸锂相位控制器都很好地实现了光纤放大器的相位校正。该工作为实现光纤激光器阵列的相干合成打下实验基础。     

Continuous‐variable quantum information processing

Observables of quantum systems can possess either a discrete or a continuous spectrum. For example, upon measurements of the photon number of a light state, discrete outcomes will result whereas measurements of the light's quadrature amplitudes result in continuous outcomes. If one uses the continuous degree of freedom of a quantum system for encoding, processing or detecting information, one enters the field of continuous‐variable (CV) quantum information processing. In this paper we review the basic principles of CV quantum information processing with main focus on recent developments in the field. We will be addressing the three main stages of a quantum information system; the preparation stage where quantum information is encoded into CVs of coherent states and single‐photon states, the processing stage where CV information is manipulated to carry out a specified protocol and a detection stage where CV information is measured using homodyne detection or photon counting.