量子纠缠光纤陀螺的态演变和偏振互易性分析

量子纠缠光纤陀螺仪利用非经典光量子态的光子纠缠特性，对载体角运动引起的Sagnac相移进行超高灵敏度测量。Fink团队在2019年最早报道了基于共线型正交偏振纠缠光子对的量子纠缠光纤陀螺仪，得到突破散粒噪声极限的实验测量结果，但并未给出光量子态经历光纤陀螺各环节的具体演变过程。因此，针对Fink的光路结构，首次对量子纠缠光纤陀螺仪中量子态及算符的动力学演变以及相位检测灵敏度进行了理论分析，证实该光路结构基本上可达到2002态量子纠缠光纤陀螺仪的海森堡极限，同时研究发现，Fink的光路结构由于感生双折射引起的相位误差寄生在Sagnac相移中，实际上是一种偏振非互易性光路结构，会严重削弱相位检测灵敏度。基于此，设计了一种具有偏振互易性的量子纠缠光纤陀螺仪光路结构，光子源为非共线型自发参量向下转换（SPDC）产生的正交偏振纠缠光子对，线圈中的光量子态为■，理论研究证明，该结构不存在任何偏振非互易性相位误差。