6×6BGO晶体阵列电磁量能器的研制及低能光子测量

研制了6×6锗酸铋晶体阵列式探测器,作为高分辨全吸收电磁量能器模型.晶体阵列由36块截面为20mm×20mm、长度为200mm的国产锗酸铋晶体组成,采用光电倍增管读出,从阳极及一个打拿极同时输出讯号,以满足大动态范围线性要求.在静电加速器上应用若干(p,γ)反应产生的单能光子进行了测试.结果表明:在所测21MeV以下范围内,能量响应线性;能量分辨率表现为予期的E^－1/2关系,与国际上现有同类装置比较具有最佳能量分辨性能.     

基于相关光子的单光子探测器量子效率测量系统

为准确测量近红外波段单光子探测器量子效率,搭建了基于自发参量下转换效应的测量系统.系统利用中心波长为518nm的脉冲激光泵浦周期极化磷酸氧钛钾晶体,通过自发参量下转换过程产生相关光子对,分别测量了Si和InGaAs雪崩光电二极管单光子探测器在778nm和1 550nm波长点的量子效率,并对测量不确定度进行了分析.实验表明,该装置可以测量近红外单光子探测器量子效率参量,测量不确定度均优于1%.     

基于偏振无关分束器的两光子部分纠缠态的简化浓缩方案

经由偏振无关的光学分束器实现对未知两光子部分纠缠态的纠缠浓缩,包括利用单光子探测器的线性光学浓缩方案,和利用弱交叉Kerr非线性媒质、零拍探测的浓缩方案。两对部分纠缠的光子对中各一个信号光子同时通过偏振无关分束器后,当探测到分束器输出模中各有一个光子时,剩余的两光子将处于最大纠缠态。与以前的浓缩方案相比较,我们的浓缩方案不需要额外的Hadmard门对信号光子施加作用,所需要的光学器件较少,这增加了方案在实验实现上的可行性。     

基于偏振无关分束器的两光子部分纠缠态的简化浓缩方案

经由偏振无关的光学分束器实现对未知两光子部分纠缠态的纠缠浓缩,包括利用单光子探测器的线性光学浓缩方案,和利用弱交叉Kerr非线性媒质、零拍探测的浓缩方案。两对部分纠缠的光子对中各一个信号光子同时通过偏振无关分束器后,当探测到分束器输出模中各有一个光子时,剩余的两光子将处于最大纠缠态。与以前的浓缩方案相比较,我们的浓缩方案不需要额外的Hadmard门对信号光子施加作用,所需要的光学器件较少,这增加了方案在实验实现上的可行性。     

无相互作用费米量子信道直积态容量研究

用费米线性光学方法,提出无相互作用费米量子信道物理模型.用平稳量子高斯态协方差矩阵性质及Majorization不等式理论,推导出在平稳高斯输入态下费米量子信道最小输出熵的表达式.利用在n模费米系统添加一个额外模的方法,得到平稳高斯态和高斯态输出熵的关系;利用此关系式,借助在高斯输入态下费米信道最小输出熵值是可达的猜测...     

无相互作用费米量子信道直积态容量研究

用费米线性光学方法,提出无相互作用费米量子信道物理模型.用平稳量子高斯态协方差矩阵性质及Majorization不等式理论,推导出在平稳高斯输入态下费米量子信道最小输出熵的表达式.利用在n模费米系统添加一个额外模的方法,得到平稳高斯态和高斯态输出熵的关系|利用此关系式,借助在高斯输入态下费米信道最小输出熵值是可达的猜测,推导出无相互作用费米信道直积态容量的表达式.最后,用最小输出熵的迭代算法验证已推出的费米信道最小输出熵表达式正确性,数值计算结果表明:对于带噪声的无相互作用费米量子信道,已推出最小输出熵与数值计算结果的吻合度可以达到10e-9.     

激光干涉仪应用于无导轨测距的研究

本文提出了一种使用外差激光干涉仪实现无导轨测距的方法.该方法动态跟踪测量反射镜,使测量信号不中断,实现反射镜在一定范围内的非直线运动.这样,拥有双频激光干涉仪的用户,再添置一台比较简单的跟踪装置,即可用于无导轨测距,测量精度可远高于通用测距仪,为大型设备现场组装和安装提供了新方法.本文介绍了工作原理及实验情况.     

弱相干光源测量设备无关量子密钥分发系统的性能优化分析

测量设备无关量子密钥分发系统能够抵御任何针对单光子探测器边信道的攻击, 进一步结合诱惑态的方案, 可以同时规避准单光子源引起的实际安全漏洞. 测量设备无关量子密钥分发系统中, 非对称传输、分束器的不对称以及各个单光子探测器存在实际参数差异等光学系统的具体实现特征会对系统误码率和成码率等性能产生一定的影响. 本文针对采用弱相干光源的测量设备无关量子密钥分发系统, 引入单光子探测器品质因子的实验参数(暗计数与探测效率的比值), 通过量子化描述, 理论推导并模拟了误码率与单光子探测器品质因子、分束器反射率以及通信双方弱相干光源平均光子数之间的关系. 结果表明: 在X基偏振编码 和相位编码系统中, 当分束器的反射率趋近于0.5时, 误码率取最小值; 在偏振编码和相位编码系统中, 误码率随着单光子探测器品质因子的增大而增大; 在Z基偏振编码系统中, 误码率随分束器的反射率的变化会呈现较小的波动, 当分束器的反射率为0.5时, 若通信双方采用的平均光子数相差较大, 则误码率取最大值; 分束器的反射率和平均光子数对误码率的影响在Z基情况下不能等同, 但是对于X基编码和相位编码却能等同.     

基于800 mm口径半椭球反射镜的高温材料光谱发射率测量技术

为解决中高温条件下材料发射率的测量问题,提出了一种基于半椭球反射镜的高温材料光谱发射率测量技术。该技术使用800 mm口径半椭球反射镜大范围聚焦信号光,利用3种离轴抛物镜来切换不同测试视场,并利用高功率激光器对样品进行加热。仿真研究了所设计系统的测量误差,结果表明,反射率测量偏差最大为0.035,透射率测量偏差最大为0.031。构建了基于800 mm口径半椭球镜的发射率测量系统,测算了某合金材料和某半透明材料的反射率、透射率和发射率,表明所设计的系统可实现常温到中高温(300～1200 K)、多视场(30°、60°、90°)、宽谱段(2～14μm)的测量。     

关于量子测量问题的一点思考

量子测量原理是量子力学的重要组成部分。具体的测量实验是否构成量子测量,是有商榷的余地的。并不是所有可观测量的本征值都具有实在的意义。量子测量原理中论及的经典—量子世界分界处之扰动的作用,可改述为量子测量需要加入统计原理的考量,这其实正印证了"统计原则高于量子原则"的现实。类似双缝干涉和Stern—Gerlach实验这样的宏观实验同量子测量原理是相融洽的,可能反映的恰是量子测量原理建立的历史背景和心理基础。本文的目的在于引起对量子测量问题的关注,并深信对该问题严肃、深入的讨论是有意义的。     

关于量子测量问题的一点思考

量子测量原理是量子力学的重要组成部分。具体的测量实验是否构成量子测量,是有商榷的余地的。并不是所有可观测量的本征值都具有实在的意义。量子测量原理中论及的经典—量子世界分界处之扰动的作用,可改述为量子测量需要加入统计原理的考量,这其实正印证了“统计原则高于量子原则”的现实。类似双缝干涉和Stern—Gerlach实验这样的宏观实验同量子测量原理是相融洽的,可能反映的恰是量子测量原理建立的历史背景和心理基础。本文的目的在于引起对量子测量问题的关注,并深信对该问题严肃、深入的讨论是有意义的。     

单光子探测器量子效率的绝对自身标定方法

提出一种单光子探测器量子效率的绝对自身标定方案，利用光参量下转换过程中产生的光子对在时间上的相关性，先将参量光束分为两路，然后引入相对延时，使同时产生的孪生光子先后进入单光子探测器，然后将探测器之后的电路分为三路，其中一路直接进入计数器得到探测器所探测到的光子的总计数率，另两路用电路方法引入和光路相当的相对延时，经符合电路后进入计数器，得到前后到达探测器的光子对之间的符合计数率.这样，从符合计数率与总光子计数率之比即可在不需要任何其他探测器或者参照标准的情况下获得探测器的量子效率.文中给出两种方案，分别适     

基于纠缠光子方法测量光电探测器量子效率的研究

光辐射传感器的定标是保证遥感数据精度及可利用价值的基础支撑技术。现行辐射定标方法都需要建立高精度初级标准及标准传递链，传递环节是误差的主要来源。纠缠光子理论为实现“无标准传递”的辐射定标开辟了崭新的技术途径。报道了在光子计数模式下利用非线性光学的非经典效应绝对定标光电探测器的新方法，测量是通过BBO非线性晶体的参量下转换形成的702nm简并的纠缠光子方法来实现的。实验测得光电倍增管在该波长处的量子效率，结果显示有0.1%的偏差。该方法本身具有绝对性，不依赖于任何外部定标的辐射标准。     

集体测量估计量子相干性的性能研究

量子相干性作为资源理论提出后,对它的量化和实验测量的研究一直受到大家广泛的关注。目前已有研究证明集体测量可以提高相干性的测量精度,但在具体实验中实验条件对集体测量估计量子相干性的性能影响还尚不清晰。分别数值模拟了在不同探测效率和资源数条件下集体测量估计相干性的误差,并与其他方法进行了比较。分析发现存在一定参数范围使集体测量的方法在探测效率为60%的情况下比探测效率为90%的态层析的方法更优;此外,随着资源数的增多,集体测量的性能几乎不依赖于量子态和相干性的度量方式,误差均以相同尺度在减小。     

基于量子隐形传态的完全Bell基测量

完全区分4个Bell态是实现量子隐形传态过程的关键,目前线形光学的办法还不能对Bell态进行完全的测量.我们根据两光子量子隐形传态方案利用Mach-Zehnder干涉仪,通过高位希尔伯特空间中偏振与路径之间的纠缠实现了完全bell基测量.通过引入参考光的方法,达到干涉仪两臂相位的自动稳定;该方案成功应用于16 km自由空间量子隐形传态实验中.     

无偏振效应分束器反射相移对法拉第镜式光学电流互感器输出光偏振态的影响

线性双折射和反射相移使光学电流互感器输出光偏振态产生椭圆退化并导致灵敏度降低,法拉第镜式光学电流互感器可以有效解决椭圆退化问题。无偏振效应分束器是构成该方案的核心器件,为了准确掌握无偏振效应分束器的性能和作用,用琼斯矩阵建立了无偏振效应分束器和法拉第镜式光学电流互感器的矩阵模型。分析了无偏振效应分束器反射相移对系统输出光偏振态的影响。提出无偏振效应分束器反射相移的测量方案并测出其常温下的实际值为5.02°,绘制了温度实验曲线。用MathCAD软件仿真了系统输出光偏振态图,并分析了椭率与无偏振效应分束器反射相移的关系。指出计量0.2级光学电流互感器所允许的反射相移漂移范围要小于0.1%。所得结果可为光学电流互感器的实用化研究提供参考。     

Rashba自旋-轨道相互作用影响下量子盘中强耦合磁极化子性质的研究

本文基于Lee-Low-Pines幺正变换法,采用Tokuda改进的线性组合算符法研究了Rashba自旋-轨道相互作用效应下量子盘中强耦合磁极化子的性质.结果表明,磁极化子的相互作用能Eint的取值随量子盘横向受限强度ω0、外磁场的回旋频率ωc、电子-LO声子耦合强度α和量子盘厚度L的变化均与磁极化子的状态性质密切相关;磁极化子的平均声子数N随ωc,ω0和α的增加而增大,随L的增加而振荡减小;在Rashba自旋-轨道相互作用效应影响下磁极化子的有效质量将劈裂为m*+,m*-两种,它们随ωc,ω0和α的增加而增大,随L的增加而振荡减小;在研究量子盘中磁极化子问题时,电子-LO声子耦合和Rashba自旋-轨道相互作用效应的影响不可忽略,但Rashba自旋-轨道相互作用和极化子效应对磁极化子的影响只有在电子运动的速率较慢时显著.     

非对称量子点中弱耦合极化子的相互作用能

采用改进的线性组合算符和幺正变换方法,研究非对称量子点中弱耦合极化子的性质.导出了非对称量子点中弱耦合极化子的振动频率和相互作用能随量子点的横向和纵向有效受限长度和电子-声子耦合强度的变化关系.数值计算结果表明:非对称量子点中弱耦合极化子的振动频率和相互作用能随量子点的横向和纵向有效受限长度的减小而迅速增大,表现出奇特的量子尺寸效应.     

光谱仪会聚光路中退偏器的设计方法

为了降低光谱仪的偏振敏感度,提出了一种在会聚光路中设计退偏器的方法。该方法首先将系统的望远镜和准直镜视为辅助光路,使得光束的偏振状态可以用Stocks矢量来表示;然后使用Mueller矩阵来表示元件的偏振特性,并推导出了基于Mueller矩阵的系统偏振敏感度模型;最后利用多重多元回归分析来提升Mueller矩阵的计算速度与精度。基于该方法设计了一款放置在会聚光路中的改进型退偏器,系统的偏振敏感度小于1%,像点分裂距离小于8μm,该结果满足设计要求,验证了该方法在会聚光路中设计退偏器的有效性。     

纠缠光子对的级联Hong-Ou-Mandel干涉研究及其在多时延参数测量中的应用

基于纠缠光子对的Hong-Ou-Mandel (HOM)干涉仪在量子精密测量等领域有着重要应用.本文提出了利用一个级联HOM干涉仪实现多个独立时延参数的同时测量方案.通过理论分析得出纠缠光子对经过多个50:50分束器级联传输后,其HOM二阶量子干涉图谱中凹陷位置与各级传输路径间独立时延参数的对应关系,因此可通过记录各个凹陷位置的时延值实现多个独立时延参数的同时测量.在此基础上搭建了基于频率一致纠缠光子对的二级级联HOM干涉测量装置,通过实验上得到的具有两个对称凹陷的二阶量子干涉图谱,实现了两级传输路径间两个独立时延参数τ₁和τ₂的同时测量,并分别获得了 109 fs和98 fs的测量精度.上述研究结果为HOM干涉仪在多参量量子精密测量系统中的扩展应用奠定基础.