作者单位
摘要
1 山西大学 光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 北京华航无线电测量研究所,北京 102401
3 山西大学极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
传统激光雷达探测灵敏度不断提高,但仍然受激光光源的量子噪声以及探测端引入的额外噪声等因素限制。为了进一步提高激光雷达的探测性能,提出利用量子压缩态光场作为激光雷达的本振信号提高激光雷达探测精度的新方案,分析了所提出方案提高激光雷达探测精度的关键因素。制备了集成化低噪声压缩态光场并进行了激光雷达多普勒信息测量实验。实验结果表明,相较于传统相干多普勒激光雷达探测方案,所提方案实现了多普勒信息探测灵敏度3 dB的提升,为量子激光雷达中多普勒信息等微弱信号的探测提供研究途径。
压缩态 量子增强 激光雷达 量子雷达 squeezed state quantum enhancement LiDAR quantum radar 
红外与激光工程
2021, 50(3): 20210031
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices, Institute of Opto-Electronics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
2 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
Our previous work had proved pump field noise coupling in the seed field injected optical parametric amplifier (OPA) at a certain analysis frequency. Inspired by this noise coupling mechanism, the frequency dependent squeezing factor due to excess pump noise was experimentally demonstrated. Apart from a reduced squeezing level with an increased noise, the results also prove that a broadband squeezing noise spectrum is not frequency dependent on the amplitude modulated pump field, but limited by the bandwidth of the amplitude modulator and OPA resonator, and the effective measurement is carried out in the frequency range of 2–10 MHz. It provides a guidance to design a broader-bandwidth, higher-level bright squeezed light.
quantum optics nonlinear optics parametric processes squeezed states 
Chinese Optics Letters
2021, 19(5): 052703
作者单位
摘要
1 山西大学 光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006;山西大学 极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
2 山西大学 光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
激光精密测量的测量精度主要受限于光场噪声和各种技术噪声,在去耦合技术噪声后,光场量子噪声成为限制其测量精度的主要因素。文中针对全固态单频激光器强度噪声特性,阐述强度噪声的主要来源及其对功率噪声谱的影响,回顾了传统直流反馈控制、光学交流耦合反馈控制和量子压缩器三种强度噪声抑制技术。通过回顾相关技术的发展历程,总结了强度噪声抑制技术的当前发展水平和未来发展趋势——三种技术相结合的抑噪方案是解决高灵敏度探测的重要途径。
单频激光器 强度噪声 精密测量 噪声抑制 single frequency laser intensity noise precision measurement noise suppression 
红外与激光工程
2020, 49(12): 20201073
田宇航 1王俊萍 1杨文海 2田龙 1,3,*[ ... ]郑耀辉 1,3
作者单位
摘要
1 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 中国空间技术研究院西安分院, 陕西 西安 710100
3 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
基于掺氧化镁铌酸锂晶体,采用临界相位匹配技术以及半整块腔型结构进行外腔倍频实验并制备了532 nm激光。对热透镜效应引起的倍频腔模式失配进行了理论分析。在较高基频光注入倍频腔时,通过重新进行模式匹配,缓解了模式失配对倍频转换效率的影响,最终可实现最大倍频转换效率为(49.3±0.45)%的倍频过程,对应输出功率为567.0 mW。通过模式清洁器改善了输出532 nm激光的光束质量并有效降低了其强度噪声,最终实现了输出功率为470 mW、光束质量因子为1.05的低噪声532 nm激光,其在分析频率1.65 MHz处达到散粒噪声极限。此倍频系统结构紧凑,输出功率稳定,可为集成量子压缩光源提供有效泵浦光场,在量子精密测量以及量子信息科学等领域中发挥重要作用。
非线性光学 倍频 二次谐波 临界相位匹配 532 nm 激光 掺氧化镁铌酸锂晶体 
中国激光
2020, 47(11): 1108001
作者单位
摘要
1 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
3 中国空间技术研究院西安分院, 陕西 西安 710100
采用自零拍探测法和分析腔转换法,分别对适用于音频段压缩态光场制备的全固态单频激光器和光纤激光器的正交分量噪声进行了对比分析。结果表明,1064 nm全固态单频激光器的正交振幅噪声和正交相位噪声分别在分析频率大于1.5 MHz和5 MHz之后即达到散粒噪声基准,光纤激光器在测量带宽范围内均高于散粒噪声基准。采用半导体放大器(SOA) 降噪系统后,光纤激光器的低频段(<620 kHz)正交振幅噪声小于全固态单频激光器。本研究结果为低频段压缩态光场的研究提供了单频光源选择方案;SOA降噪系统可有效抑制低频段激光的正交分量噪声,为音频段压缩态光场的制备提供了依据。
激光技术 压缩态光场 单频激光器 振幅噪声 相位噪声 
中国激光
2019, 46(7): 0701009
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices, Institute of Opto-Electronics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
2 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
Squeezed states belong to the most prominent non-classical resources. They have compelling applications in precise measurement, quantum computation, and detection. Here, we report on the direct measurement of 13.8 dB squeezed vacuum states by improving the interference efficiency and gain of balanced homodyne detection. By employing an auxiliary laser beam, the homodyne visibility is increased to 99.8%. The equivalent loss of the electronic noise is reduced to 0.05% by integrating a junction field-effect transistor (JFET) buffering input and another JFET bootstrap structure in the balanced homodyne detector.
270.6570 Squeezed states 190.4410 Nonlinear optics, parametric processes 
Chinese Optics Letters
2019, 17(7): 072701
作者单位
摘要
1 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
研究了高压缩度压缩态光场制备中高斯光束的空间模式匹配问题。研究结果表明, 对于较小的目标腰斑, 注入光的腰斑位置和大小的允许偏移范围较小, 且模式匹配效率受腰斑位置偏离度的影响大, 而对于大腰斑, 情况则相反。此外, 激光光斑的椭圆率和像散、非线性晶体的热效应均会导致模式匹配效率下降。非对称结构的腔型可以扩大与光学参量腔匹配的激光束腰斑位置所允许的偏移范围, 更易实现高的模式匹配效率。
量子光学 压缩态光场 光学参量放大器 模式清洁器 模式匹配 
中国激光
2017, 44(11): 1112001
作者单位
摘要
山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
采用自制的795 nm 连续单频可调谐钛宝石激光器抽运周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体,通过外腔谐振倍频技术获得了功率为103 mW,倍频转换效率为39.6%、光束质量因子M2<1.43 的397.5 nm 紫光输出;与角度匹配的三硼酸铋(BIBO)晶体内腔倍频情况相比,紫光与光学参量放大器(OPA)的模式匹配效率由76%提高到了99%以上。同时,在平衡零拍探测系统中,通过在本底光光路中插入与OPA 腔型相同的模式清洁器,使得本底光与信号光的空间模式完全相同,从而将两束光的干涉效率提高到了99%以上,提高了平衡零拍系统的探测效率。通过对自制的795 nm 和397.5 nm 单频激光系统的优化设计,使该光源满足了小型化795 nm 连续变量压缩源样机研制的要求。
激光光学 单频激光 外腔倍频 模式清洁器 模式匹配 干涉效率 
中国激光
2015, 42(9): 0902002
作者单位
摘要
山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
通过理论分析和实验讨论了内腔倍频Nd:YAP/KTP单频激光器的强度噪声特性,并通过减小输出耦合镜对1080 nm基频光的透射率和优化谐振腔参数等办法,使基频光在环形谐振腔内的损耗降低为0.9%,从而减小了真空起伏引入的强度噪声。在输出耦合镜对1080 nm基频光透射率为0.2%时,获得了最高输出功率为420/60 mW的540/1080 nm双波长输出单频激光器,其强度噪声在1.5 MHz之后达到散粒噪声极限。
激光器 强度噪声 内腔损耗 小型化 
中国激光
2014, 41(5): 0502002
作者单位
摘要
山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
实验上比较了808 nm和888 nm波长半导体激光器抽运时, Nd:YVO4内腔倍频单频激光器的最高输出功率和光-光转换效率,以及Nd:YVO4晶体热效应的差异。结果表明,888 nm直接抽运是提升高功率激光器性能的有效途径。鉴于888 nm激光抽运时吸收效率和无辐射跃迁过程之间的矛盾,从理论和实验上分析了掺杂浓度对单频激光器性能的影响。理论和实验结果均表明,采用掺杂浓度为0.8%(原子数分数)的Nd:YVO4晶体是实现高功率单频Nd:YVO4激光器的最佳选择。最终,通过采用888 nm波长半导体激光器抽运掺杂浓度为0.8%的Nd:YVO4增益介质,实现了最高功率为21.5 W的532 nm单频激光输出,光-光转换效率为31.6%。
激光器 单频激光器 抽运光波长 掺杂浓度 热效应 
中国激光
2013, 40(6): 0602005

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