1 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院量子信息与量子科技创新研究院, 上海 201315
随着量子信息科学的迅速发展,以光子为物理载体的量子纠缠源已成为量子非定域性检验、量子通信、量子计算以及量子精密测量等领域必不可少的资源和重要技术手段。利用非线性介质中的自发参量下转换过程,从早期的β相偏硼酸钡晶体到后来的基于准相位匹配的周期性极化晶体等,双光子极化纠缠源凭借其在亮度和品质方面的优势得到了快速发展,这为基于卫星平台的广域量子通信和量子物理的基础检验提供了可能。从基本原理出发,系统介绍了近年来面向空间平台应用的量子纠缠源的发展和最新成果,特别是以“墨子号”量子科学实验卫星为代表的星载量子纠缠源载荷;此外,对国际上近几年关于星载量子纠缠源的进展以及未来发展趋势也进行了较为全面的介绍和分析。
龚云洪 1,2,3,4付皓斌 1,2,3雍海林 1,2,3曹原 1,2,3[ ... ]彭承志 1,2,3
1 中国科学技术大学 微尺度物质科学国家实验室和近代物理系，安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学 中国科学院量子信息与量子科技创新研究院，上海 201315
3 上海量子科学研究中心，上海 201315
4 国科量子通信网络有限公司，上海 201315
星地量子通信已经验证了广域量子通信网络的可行性，面对未来量子通信网络多用户的特点，能够准确、快速预测成码率是高效利用星地量子网络资源的核心问题。提出了一种基于机器学习及恒星星像图像识别的信道预测新方法，并将此方法应用于北京地面站的观测中。实验结果表明，恒星星像的图像识别正确率可达88%，并给出是否开展星地实验的建议。在建议开展星地对接的信道情况下，预估该时段量子卫星北京地面站在仰角39.5°的筛选成码率约为8~9 kbit/s，实际星地量子通信实验的筛选成码率为8.8 kbit/s。实验结果可用于合理安排多颗卫星、多个地面站的星地对接任务，提高星地量子通信的成功率，避免浪费卫星和地面站资源，推动量子通信卫星组网的实用化研究。
量子通信 恒星星像 机器学习 图像识别 quantum key distribution stellar image machine learning image recognition
1 北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
2 南京邮电大学 光电工程学院, 南京 210023
针对大容量光纤通信系统, 设计了一种实用化的椭圆纯硅芯少模光纤, 给出了光纤的设计原理与参考标准, 运用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件分析了光纤的传输特性.在1.4~1.65 μm波长处, 光纤处于稳定的HE11和HE21双模运转, 模式有效折射率差大于1.8×10-3, 避免了模间耦合和串扰; 在工作波长1.55 μm处, HE11和HE21模的色散系数分别为19.61和4.41 ps/(nm·km),色散斜率分别为0.048和0.002 ps/(nm2·km),模场面积分别为97.17和143.96 μm2,模式的衰减系数均小于0.21 dB/km.该光纤的传输特性基本符合G.652和G.655光纤标准, 可利用现有成熟的“预制棒拉丝工艺”制备, 同时与波分复用技术相结合可以成倍提升光网络的传输容量, 对于下一代通信网络带宽的提升具有重要意义.
光纤光学 光网络 有限元法 少模光纤 大容量 色散 带宽 实用性 Fiber optics Optical networks Finite element method Few-mode fiber Large-capacity Chromatic dispersion Bandwidth Practicability
1 宁波大学 信息科学与工程学院, 浙江 宁波 315211
2 中国科学技术大学 合肥微尺度物质科学国家实验室, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
在以单模光纤作为量子信道,并采用光子偏振编码方式的量子密钥分发过程中,光纤的双折射效应会导致光子在光纤中传播时其偏振态发生随机变化,使安全密钥的最终成码率大幅度降低.利用两个四分之一波片和一个半波片的组合作为校正器,可以实现对任意偏振态的校正补偿.建立了一种以该类偏振校正器为执行机构的基于随机并行梯度下降控制算法的实时偏振补偿仿真控制模型,讨论了算法的随机扰动幅度、增益系数与收敛速度的关系,分析了算法对于偏振的校准能力.通过实验对算法的性能进行了验证.实验结果表明,经过一定次数的迭代后可将系统的偏振消光比校正到一个比较理想的状态.
量子信息 量子密钥分发 光纤偏振补偿 随机并行梯度下降控制算法 quantum information quantum key distribution fiber polarization compensation stochastic parallel gradient descent control algor
设计了一种低损耗高非线性的碲化物PCF (光子晶体光纤)。采用分布傅里叶算法求解非线性薛定谔方程, 数值模拟了基于PCF的中红外波段SC (超连续谱)的产生与控制。分析了PCF参量及泵浦光源参数对SC的影响, 得出SC宽度和平坦度随PCF长度、色散参量以及泵浦脉冲峰值功率、初始宽度的变化规律。仿真结果表明, 中心波长为2 μm、脉冲峰值功率为20 kW、脉冲宽度为100 fs的泵浦光在PCF中传输15 cm时, SC谱宽可达1 330~3 450 nm, 且具有良好的平坦度。
光纤光学 光子晶体光纤 超连续谱 非线性 色散 fiber optics PCF SC nonlinearity dispersion
南京邮电大学光电工程学院, 江苏 南京 210023
提出了一种抗弯曲大模场面积双模光子晶体光纤。采用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件分析了光纤的传输特性，并讨论了弯曲特性与弯曲半径及弯曲方向角的关系。通过优化结构参数，在工作波长1550 nm 处，光纤可保持基模HE11 和二阶模HE21 双模运转。平直状态和35 cm 弯曲半径下HE11 模和HE21 模的模场面积均大于1000 mm2，弯曲损耗小于0.075 dB/m。该光纤可有效抑制弯曲形变导致的模场面积减小，最小弯曲半径可达10 cm，弯曲方向角范围可以扩展至±180°。所设计的双模光纤具有大模场面积、低弯曲损耗、对弯曲方向不敏感等优势，在高功率光通信器件领域具有重要的应用价值。
光纤光学 光子晶体光纤 双模 大模场面积 低弯曲损耗 激光与光电子学进展
2015, 52(10): 100602
1 清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室, 北京 100084
2 中国科学技术大学 微尺度物质科学国家实验室, 安徽 合肥 230026
利用准相位匹配技术和Sagnac环结构设计研制了一套高亮度、高稳定性、小型化、可移动式的一体化纠缠源系统.此纠缠源基于周期极化磷酸钛氧钾(PPKTP)晶体参量下转换过程, 亮度达到了13.8Mcps, 偏振对比度好于98%, 纠缠度达到0.9357, 温度变化和机械振动测试引起的计数率抖动小于5%.此系统成功地应用到了外场百公里量子纠缠分发和连续长时间关联速度下限测量试验中, 从而为进一步实现空间纠缠源载荷提供了良好的试验技术基础.
纠缠源 小型化 一体化 稳定性 entanglement source miniaturization integration stability
文章提出了一种对称结构的新型抗弯曲单模光子晶体光纤, 采用全矢量有限元法分析了该光纤的单模特性及弯曲特性。在1 550 nm波长处, 光纤处于单模运转; 当弯曲半径为5 mm时, 弯曲损耗仅为8.73×10-5 dB/圈; 最小弯曲半径可达4.5 mm, 此时弯曲损耗为2.38×10-4 dB/圈; 且无论光纤弯曲与否, 其在1 550 nm波长处的模场面积均约为61 μm2, 色散系数约为11.13 ps/(nm·km), 与普通单模光纤相匹配。
光子晶体光纤 低弯曲损耗 单模 光纤到户 photonic crystal fiber low bending-loss single-mode FTTH
1 上海交通大学 图像处理与模式识别研究所, 上海 200240
2 中国航天科工集团公司第二研究院, 北京 100854
将红外小目标检测作为目标与背景的二分类问题.先根据点扩散函数原理，仿真生成红外小目标训练样本，再用主成分分析方法提取目标样本的主特征，建立目标的主成分空间.对测试样本，只要判断其在主成分空间的重构残差，便可识别其是否为目标.为了提高算法的实时性，提出了一种基于显著性和主成分分析的红外小目标检测算法，先通过频域残差方法检测目标可能存在的显著性区域，再在此区域内做识别.实验结果证明该方法快速、有效.
红外小目标 目标检测 显著性检测 点扩散函数 主成分分析 infrared small target target detection saliency detection point spread function (PSF) principal component analysis (PCA)
上海交通大学 图像处理与模式识别研究所，上海 200240
使用基本的TDLMS滤波器可以用来进行小目标检测，但是由于其结构和算法的限制，在进行目标检测的过 程中会产生一些困难.提出了一种基于邻域分析的TDLMS滤波器，改造了滤波器输入窗口结构，并加入了新的数 据处理模块，使其能够更多地获取和利用目标邻域内的信息，并获得更为显著的检测效果.实验证明了该算法的有 效性.
目标检测 邻域分析 target detection TDLMS TDLMS neighborhood analysis
