Author Affiliations
Abstract
1 College of Engineering and Applied Sciences, National Laboratory of Solid State Microstructures, Nanjing University, Nanjing 210023, China
2 School of Physics, Nanjing University, Nanjing 210023, China
3 Department of Physics, University of Arkansas, Fayetteville, Arkansas 72701, USA
4 Hefei National Laboratory, Hefei 230088, China
5 Jiangsu Key Laboratory of Artificial Functional Materials, Nanjing University, Nanjing 210023, China
The sensitivity of optical measurement is ultimately constrained by the shot noise to the standard quantum limit. It has become a common concept that beating this limit requires quantum resources. A deep-learning neural network free of quantum principle has the capability of removing classical noise from images, but it is unclear in reducing quantum noise. In a coincidence-imaging experiment, we show that quantum-resource-free deep learning can be exploited to surpass the standard quantum limit via the photon-number-dependent nonlinear feedback during training. Using an effective classical light with photon flux of about 9×104 photons per second, our deep-learning-based scheme achieves a 14 dB improvement in signal-to-noise ratio with respect to the standard quantum limit.
standard quantum limit machine learning optical imaging 
Chinese Optics Letters
2023, 21(8): 082701
Author Affiliations
Abstract
1 College of Engineering and Applied Sciences, National Laboratory of Solid State Microstructures, and Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University, Nanjing 210023, China
2 School of Physics, Nanjing University, Nanjing 210023, China
We investigate the single-photon transport problem in the system of a whispering-gallery mode microresonator chirally coupled with a two-level quantum emitter (QE). Conventionally, this chiral QE-microresonator coupling system can be studied by the master equation and the single-photon transport methods. Here, we provide a new approach, based on the transfer matrix, to assess the single-photon transmission of such a system. Furthermore, we prove that these three methods are equivalent. The corresponding relations of parameters among these approaches are precisely deduced. The transfer matrix can be extended to a multiple-resonator system interacting with two-level QEs in a chiral way. Therefore, our work may provide a convenient and intuitive form for exploring more complex chiral cavity quantum electrodynamics systems.
chiral cavity QED system master equation method single-photon transport theory transfer matrix method 
Chinese Optics Letters
2022, 20(6): 062701
王元祖 1,2韩於利 1,2孙东松 1,2,*韩飞 1,2[ ... ]唐磊 3
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学 地球和空间科学学院,安徽 合肥 230026
2 中国科学院近地空间环境重点实验室,安徽 合肥 230026
3 合肥师范学院 物理与电子工程系,安徽 合肥 230601
一台基于分子双边缘鉴频技术的车载瑞利多普勒激光雷达系统,于2014年至2016年先后在山西忻州(38.42°N 112.72°E)和甘肃酒泉(39.74°N 98.49°E)地区对平流层风场进行连续观测。观测结果表明:18~25 km范围内,酒泉春、秋季节以及忻州冬季均出现了准零风层大气结构,并伴有明显的上下浮动现象,该准零风层结构与2011年夏季新疆乌鲁木齐(42.1°N 87.1°E)多普勒激光雷达系统观测到的结果具有明显差异。分析认为:由于5月与10月处于短暂的季节过渡时期,中纬度地区平流层东风环流尚未稳定导致零风线的上下浮动;2015年1月忻州地区出现平流层准零风层与平流层爆发性增温有关。
多普勒激光雷达 直接探测 平流层 准零风层 Doppler lidar direct detection stratosphere quasi-zero wind layer 
红外与激光工程
2020, 49(3): 0305004
蒋杉 1,2孙东松 1韩於利 1韩飞 1[ ... ]唐磊 2
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学 地球和空间科学学院, 安徽 合肥 230031
2 合肥师范学院 物理与材料工程学院, 安徽 合肥 230031
为实现近距离风场的精确实时观测, 基于连续相干探测技术, 选取人眼安全的1.55 μm为工作波长, 设计了一台激光风速仪。系统光路采用全光纤结构增强运行稳定性, 望远镜采用同轴透射式结构, 有效口径为70 mm, 测量光束聚焦距离为80 m。利用A/D采集卡上板载现场可编程门阵列芯片处理大气回波信号, 并设计了谱质心算法估计径向风速, 提高了系统运行的精确性和实时性。长期径向风速测量结果表明, 所设计激光风速仪输出信号稳定, 时间分辨率为1 s, 风速测量范围下限约为0.915 m/s。与一台校准过的脉冲相干测风激光雷达进行对比实验, 两设备测得风速数据相关系数为0.997, 标准差为0.090 m/s, 最大相差0.480 m/s。
遥感 风速仪 连续激光 相干探测 remote sensing anemometer continuous wave laser coherence detection 
红外与激光工程
2019, 48(12): 1203008
周安然 1,*韩於利 1孙东松 1韩飞 1[ ... ]蒋杉 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学 地球和空间科学学院, 安徽 合肥 230031
2 合肥师范学院 物理与材料工程学院, 安徽 合肥 230031
近期研发了一套高光学效率全光纤化相干激光雷达设备, 可用于风场的实时探测。该相干激光雷达工作于1.55 μm波段, 望远镜直径50 mm, 时间分辨率和距离分辨率分别是1 s和30 m。系统集成了光纤结构的接收单元、可编程扫描模式的两轴扫描头及一个用于实时信号处理的多核数字信号处理器。对系统的测风性能进行了理论分析并同实验结果进行了对比, 验证了系统测量距离达到5 km。之后, 通过将激光雷达与超声波风速仪数据进行对比验证系统的测量精度。经过数据分析水平风速相关系数达0.980, 标准差为0.235 m/s, 风向数据相关系数达0.993, 标准差为3.105°。表明该相干激光雷达具有优良的性能, 可以应用于大气边界层内的风场探测。
相干激光雷达 载噪比 风场测量 光学效率 coherent lidar CNR wind measurement optical efficiency 
红外与激光工程
2019, 48(11): 1105006
作者单位
摘要
中国科学技术大学 地球和空间科学学院,合肥 230026
针对收发分置氦激光雷达系统,基于连续激光束成像技术,获得了不同收发分置距离下对应的距离分辨率大小,以及单列CCD像素元与高度的对应关系和距离分辨率随高度的变化曲线.对比分析了在不同亚稳态氦原子密度的条件下,系统单列像素元接收到的光子数与探测高度的对应关系,并获得了信噪比和相对误差随探测高度的变化情况.仿真结果表明,增加积分时间可以提高信噪比,在400~1 000 km的高度范围内,积分时间为2 h,距离分辨率为50 km时,信噪比在10~65范围内,相对误差小于10%.研究结果表明采用收发分置氦共振荧光激光雷达系统可实现对热层200~1 000 km亚稳态氦密度的探测,为进一步完善优化收发分置氦共振荧光激光雷达系统的方案提供参考.
大气光学 氦测密度激光雷达 共振荧光 亚稳态氦 热层 遥感 数值模拟 Atmospheric optics Helium density lidar Resonance fluorescence Metastable helium Thermosphere Remote sensing Numerical simulation 
光子学报
2019, 48(10): 1001001
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学 地球与空间科学学院, 安徽 合肥 230026
2 中国人民解放军陆军军官学院, 安徽 合肥 230031
3 合肥师范学院 电子信息与电气工程学院, 安徽 合肥 230601
目前中国科学技术大学车载激光雷达已经实现了对于15~60 km中性大气风场的夜间连续观测, 鉴于白天观测的信噪比受到背景光的限制, 因此, 设计了一种利用现有干涉滤光片结合固态FP 标准具的超窄带滤光器, 用于实现背景噪声的降低。提出了一种结合鉴频器参数确定FP最佳参数的方法, 得出了 FP 标准具的参数, 实现了带宽为8.4 pm、中心波长为354.73 nm、自由光谱间距为150 pm、峰值透过率高于0.67的滤光器, 将背景噪声降低到原来的十八分之一。 该滤光器有效提高了系统信噪比, 减小了风速误差, 同时计算了温度、角度变化对滤光器带宽、中心波长和透过率的影响, 设计了一种角度调谐的方法。实验结果与理论值具有较高的一致性。
激光雷达 超窄带 瑞利 多普勒 法布里-珀罗标准具 lidar ultra-narrow Rayleigh Doppler Fabry-Perot etalon 
红外与激光工程
2018, 47(10): 1030003
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学 地球与空间科学学院, 安徽 合肥 230026
2 中国人民解放军陆军军官学院, 安徽 合肥 230031
3 合肥师范学院, 安徽 合肥 230601
对于平流层的高空间分辨率的重力波连续测量和研究非常稀少。近几年中国科学技术大学的瑞利多普勒激光雷达观测了大量的重力波事件, 这得益于激光雷达系统在重力波研究中的优越特性。文中对激光雷达系统作出了一个简单的介绍, 并且展示了位于中国酒泉(39.741°N, 98.495°E), 垂直高度范围在15~60 km, 自2015年10月7日起持续了两个月的重力波夜间观测结果。在对一些重力波事件分析过程中, 对中尺度的水平风速进行了二维波谱分析之后, 发现重力波波动非常明显, 这些波动的波长范围主要集中在3~6 km, 而周期大约为10 h。这些观测结果都肯定了瑞利多普勒激光雷达在重力波观测应用方面的优势。
瑞利多普勒雷达 风场测量 重力波 风速扰动分析 Rayleigh Doppler lidar wind measurements gravity waves wind perturbation analysis 
红外与激光工程
2018, 47(9): 0930002
作者单位
摘要
1 合肥师范学院电子信息工程学院, 安徽 合肥 230061
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
在水体重金属激光诱导等离子体光谱定量分析中, 一般提取光谱的多个特征变量进行浓度反演, 但变量之间所包含的光谱信息可能存在重叠, 回归模型的复杂程度也随之增大。 为提取有效特征变量, 研究了基于偏最小二乘法(PLS)的变量筛选方法。 该方法以待测元素浓度为因变量, 多个与待测元素浓度相关的LIBS光谱特征值为自变量, 进行PLS建模; 依据各原始变量的投影重要性指标值进行变量筛选, 提取最优变量子集。 结果表明湖库水体中Pb元素的最优变量子集为Pb Ⅰ 405.78 nm峰值及峰值前相邻点光谱值、 内标校正值和信背比值, 训练集的复相关系数R2m=0.912。 以优化变量组合进行PLS回归分析, 测试集预测结果的RSD和RE分别为10.2%和7.9%, 显著优于内标法的预测结果。 结果还表明, 变量筛选结果对于不同元素和不同水样具有一定适用性。 研究结果为水体重金属LIBS定量分析提供了优质特征数据, 研究方法为其他涉及变量筛选的定量分析提供了参考。
光谱学 激光诱导击穿光谱 变量筛选 PLS方法 Spectroscopy Laser induced breakdown spectroscopy Variable screening PLS model 
光谱学与光谱分析
2017, 37(8): 2585
作者单位
摘要
合肥师范学院电子信息工程学院, 安徽 合肥 230601
为了获得管式反应炉炉膛内部实时工作状态信息,将红外测温探头安装在炉膛侧上部以采集炉膛局部俯视图像,利用光纤传送至处理主机,通过预处理、视角变换、盲区重现、拼接融合和温度彩色编码等步骤构建出正视的管式反应炉炉膛全景图像。通过对红外辐射特征提取,温度反演算法获取实时温度,全景展现炉膛温度信息和变化趋势。利用该系统进行现场实验,结果表明: 全景图像与原始图像相比,灰度值平均相差 0.44,标准差 1.82,由此产生的系统测温误差约 0.6℃,对高温工业现场温度测量的影响可以忽略不计,具有较高的工程应用价值。
管式反应炉 全景图像 灰度误差 变化趋势 tubular furnace panorama gray deviation change trend 
红外技术
2016, 38(12): 1061

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