1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
量子信息技术是量子力学与信息科学相结合的新兴学科，在计算、通信和精密测量等领域有望实现革命性进步。光量子系统具有低传输损耗和常温下低噪声耦合等优点，是量子信息技术的重要组成部分。为有效利用光量子系统的低噪声和强量子关联特性，相位锁定控制技术广泛应用于量子态的产生、模式调控和量子态探测等方面。本文综述了光量子信息领域中相位锁定控制技术的研究进展，包括该技术的原理、在光量子信息系统中的典型应用和在微弱光强条件下的实现方案，同时展望了该技术的发展方向。
量子光学 量子信息技术 光学干涉仪 主动稳定控制技术 激光与光电子学进展
2025, 62(11): 1127013
天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
集成光子芯片为压缩态光场的产生提供了一个可靠和易于扩展的平台。基于低损耗氮化硅微环谐振腔的四波混频过程是产生压缩态光场的重要途径。本文基于氮化硅材料平台，优化了高质量氮化硅薄膜的制备工艺和微环谐振腔的加工过程，制备出多种尺寸和结构的低损耗氮化硅微环谐振腔。通过搭建的测试系统，系统分析了这些微环谐振腔的透射率、耦合状态和品质因子。实验结果表明，所制备的微环谐振腔具有稳定的本征品质因子，其中横截面尺寸为2000 nm′290 nm微环谐振腔的本征品质因子可达1.5′106，对应的波导传输损耗约为0.23 dB/cm。理论计算表明，该结构最优能够产生片上约9 dB的压缩态光场，当考虑总检测效率为40%时，预估可以直接观察到2 dB的压缩态。该研究为片上产生高质量的连续变量压缩态提供了实验基础。
集成量子光学 微环谐振腔 压缩态 integrated quantum optics micro-ring resonator squeezed state 量子光学学报
2025, 31(1): 010202
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学 光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
Hong-Ou-Mandel干涉指不可区分的两个光子分别从两个输入口入射进光学分束器后，倾向于从光学分束器同一输出口出射的现象，在量子信息领域具有广泛应用。作为一种双光子干涉现象，Hong-Ou-Mandel干涉可见度取决于两个入射光场的模式不可区分性，即两者在不同自由度下的模式匹配程度。对于独立脉冲光场的Hong-Ou-Mandel干涉，入射场时间模式的匹配程度是决定干涉图样的关键因素。由此，以锁模激光为光源，以不等臂Mach-Zehnder干涉仪为主要结构的双光子干涉装置可以通过测量干涉图样反映两臂光场的时间模式信息，例如线性啁啾和脉宽，从而实现对光学介质色散的测量。通常，Hong-Ou-Mandel干涉图样需要由两个探测器同步测量的符合计数描绘；本文基于锁模脉冲序列的相干性，提出了一种从单个探测器不同时刻的光子计数事件中统计符合计数，获得干涉图样的方案，该方案涉及两对脉冲间的双光子干涉。实验结果表明，新方案测得的干涉图样可以与实际的Hong-Ou-Mandel干涉图样互补，能用于色散测量等应用。该方法有助于实验装置的简化，对提高装置可靠性具有重要意义。
Hong-Ou-Mandel干涉仪 相干态双光子干涉 符合计数 Hong-Ou-Mandel interference two-photon interference of weak coherent state coincidence measurement 量子光学学报
2024, 30(3): 030101
1 浙江省电力锅炉压力容器检验所有限公司，浙江 杭州 310014
2 浙江大学国际联合学院，浙江 海宁 314400
3 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，浙江 杭州 310014
4 武汉大学动力与机械学院，湖北 武汉 430072
针对特高压支柱瓷绝缘子载荷的远程带电测量重大需求，构建激光超声载荷测量数值模型，提出基于激光超声同步激励的空气波与表面波的修正算法，开发激光超声的支柱瓷绝缘子载荷在线监测方法与系统，并利用绝缘子弯曲试验进行验证。试验结果表明，该系统可以实现支柱瓷绝缘子超声数据的非接触式采集与分析，解决实际测量过程中光斑间距难以控制的难题，实现了弯曲载荷测量平均误差为16.20％，具有良好的工程应用前景。
支柱瓷绝缘子 载荷测量 激光超声 在线监测 porcelain insulator load measurement laser ultrasound online monitoring
甲烷对全球变暖的贡献率约为1/4，且能影响大气层中臭氧、水汽、羟基等成分的浓度，对甲烷垂直浓度反演具有重要意义，进行遥感探测敏感性分析及反演波长选择是甲烷反演的基础。基于风云三号E星上红外高光谱大气垂直探测仪（HIRAS）的特征，在红外大气辐射传输机理基础上，开展大气甲烷探测的正向模拟，进行探测敏感性分析与反演波长选择。首先基于高分辨透射率谱线库（HITRAN）分析CH4的主要吸收窗口及主要干扰成分，然后基于大气廓线背景库以及HIRAS的仪器参数，通过RFM辐射传输模型，模拟1 200~1 400 cm-1波段CH4及其干扰要素（大气温度、地表温度、地表发射率、H2O、N2O、CO2、F14、HNO3和O3 ）的探测敏感性。研究结果表明在1 200~1 400 cm-1波段范围内，大气温度、地表温度、地表发射率、H2O以及N2O对甲烷探测的影响较大，具有强干扰性。最后采用基于Jacobian矩阵的信息熵原理，对CH4探测波长进行初选，并结合探测敏感性分析结果，筛选出了1 200~1 400 cm-1波长范围内88个CH4反演波长。这些波长具有信息量高的特点，对CH4探测更加敏感且更不受干扰成分的影响。
HIRAS 大气甲烷 RFM 波长选择 HIRAS Atmospheric methane RFM Wavelength selection
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学教育部光电信息技术科学重点实验室，天津 300072
基于三级非等长非线性干涉仪研制了1550 nm通信波段便携式偏振纠缠光子对量子光源，其中，三级非等长非线性干涉仪由3根长度呈二项分布（1∶2∶1）的色散位移光纤和单模光纤构成。偏振纠缠量子光源产生的纠缠光子对收集效率大于85%，在符合计数率为4 kHz的条件下，双光子干涉可见度可达（77.1±0.6）%，在损耗仅为光纤传输损耗的情况下，成功利用单模光纤远距离分发纠缠光子对超100 km。
三级非等长非线性干涉仪 便携式 偏振纠缠光子对源 远距离分发 激光与光电子学进展
2024, 61(15): 1527001
Author Affiliations
Abstract
1 College of Precision Instrument and Opto-Electronics Engineering, Key Laboratory of Opto-Electronics Information Technology, Ministry of Education, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 School of Physics, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030000, China
We report the generation of polarization-entangled photon pairs in the 1550 nm band by pumping an uneven nonlinear interferometer loop with two orthogonally polarized counterpropagating pump pulses. The uneven nonlinear interferometer, providing a more ideal interference pattern due to the elimination of secondary maxima, consists of four pieces of dispersion-shifted fibers sandwiched with three pieces of standard single-mode fibers, and the lengths of the nonlinear fibers follow the binomial distribution. The mode number of the photon pairs deduced from the measured joint spectrum is ∼1.03. The collection efficiency of the photon pairs is found to be ∼94% (after background noise correction). The directly measured visibility of two-photon interference of the polarization-entangled photon pairs is ∼92%, while no interference is observed in the direct detection of either the signal or idler photons.
polarization-entangled photon pairs nonlinear interferometer quantum state engineering optical fiber Chinese Optics Letters
2024, 22(5): 052701
Author Affiliations
Abstract
College of Precision Instrument and Opto-Electronics Engineering, Key Laboratory of Opto-Electronics Information Technology, Ministry of Education, Tianjin University, Tianjin 300072, China
We demonstrate a high-performance acousto-optic modulator-based bi-frequency interferometer, which can realize either beating or beating free interference for a single-photon level quantum state. Visibility and optical efficiency of the interferometer are and , respectively. The phase of the interferometer is actively stabilized by using a dithering phase-locking scheme, where the phase dithering is realized by directly driving the acousto-optic modulators with a specially designed electronic signal. We further demonstrate applications of the interferometer in quantum technology, including bi-frequency coherent combination, frequency tuning, and optical switching. These results show the interferometer is a versatile device for multiple quantum technologies.
bi-frequency interferometer acousto-optic modulator quantum optics quantum manipulation Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 022703
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 教育部光电信息技术科学重点实验室，天津 300072
实验演示了一台小型化的全光纤强度差压缩态光源。该光源采用色散位移光纤作为非线性介质，其脉冲泵浦光的重复频率约为50 MHz，具有结构稳定、体积小的优点。采用宽带宽差分探测器，在较宽的分析频率范围内对该光源的强度差压缩特性进行测量分析。结果表明：室温下该光源的频率小于65 MHz时，测得的强度差噪声低于散粒噪声极限；在频率为20 MHz处测到了约3.8 dB的强度差压缩。本研究为后续在时域上测量强度差压缩奠定了基础。
压缩态光场 强度差压缩态光源 光纤参量放大器 连续变量量子光源 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106031
