本文通过理论和实验分析了1064 nm高功率明亮压缩态光场实验制备过程中，高功率种子光和泵浦光注入光学参量放大器引起的热透镜效应和模式失配。首先根据热透镜理论模型，定量分析了高功率种子光和泵浦光注入光学参量放大器时，周期极化磷酸氧钛钾晶体内部热透镜的等效焦距。然后根据高斯光束与光学谐振腔的模式匹配理论模型，理论分析了高功率种子光和泵浦光与光学参量放大器的模式失配量。最后在高功率明亮压缩态光场正常输出的工作状态下，重新优化种子光和泵浦光与光学参量放大器的模式匹配效率，在种子光功率为500 mW、泵浦光功率为145 mW的条件下，在分析频率3 MHz处，直接测得光功率为200 μW、压缩度为-10.8 dB±0.2 dB的明亮压缩态光场。上述实验结果与有关文献测得的压缩度仅相差0.1 dB，表明在本文实验系统中，高功率种子光和泵浦光引起的热透镜效应对光学参量放大器输出明亮压缩态光场的压缩度基本没有影响。

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。

通过实验和理论研究连续变量高功率明亮压缩态光场制备实验中高功率种子光注入光学参量放大器引起的绿光诱导红外吸收效应。首先，通过优化实验系统工作参数，提升反馈控制回路的锁定稳定性，当种子光功率为500 mW、泵浦光功率为145 mW时，在分析频率为3 MHz处，获得光功率为200 μW、压缩度为（-10.7±0.2）dB的明亮压缩态光场。然后，根据实验数据，定量分析高功率明亮压缩态光场与压缩真空态光场产生过程中周期极化磷酸氧钛钾晶体的吸收损耗，发现高功率明亮压缩态光场实验系统的总光学损耗为（9±0.05）%，其中由周期极化磷酸氧钛钾晶体吸收导致的内腔损耗为（5.8±0.05）%，占总光学损耗的（64.4±0.05）%。该条件下周期极化磷酸氧钛钾晶体对高功率明亮压缩态光场的吸收系数为（6.0±0.05）×10^-2 cm^-1。当泵浦光单独注入光学参量放大器时，周期极化磷酸氧钛钾晶体对压缩真空态光场的吸收系数约为2.1×10^-4 cm^-1。由此可知，当高功率种子光注入光学参量放大器时，绿光诱导红外吸收效应使周期极化磷酸氧钛钾晶体的吸收系数增加了285倍，使内腔损耗成为高功率明亮压缩态光场压缩度的主要影响因素。

在理论分析的基础上，利用光电二极管的固有结电容和可变电感构成共振电路实现光电探测。通过精简电路并对电路板进行精密布板设计，降低由原内部混频电路带来的杂散寄生电容的影响；利用选定低噪声芯片、低转换损耗混频器及滤波器隔离噪声，构建高信噪比的集成化共振型光电探测器（RPD），并实现了对特定调制信号的高效探测。实验结果表明：在相同条件下，RPD增益在共振频率下比商用宽带探测器（BPD）高大约30 dB。利用RPD获得的锁腔误差信号的峰峰值是BPD的16倍，其误差信号的信噪比比现有BPD高18 dB左右。可见，此RPD能够为高性能压缩态光场制备提供器件支持。

针对以往脉冲纠缠测距方案对光子损耗十分敏感的特点及量子干涉法测距中利用光路延迟测距时难以实现远距离传输的问题，利用量子压缩效应来提升时延估计精度，同时还提出一种基于量子照明原理的非经典纠缠导航测距方案，对目标存在的回波信号进行统计判断，从而确定距离参数。在相干探测的基础上，分别研究了相干态、热态和压缩态等3种高斯量子态的统计特性，并对量子照明测距方案中经典相干态与双模压缩真空态的信号检测性能进行了理论分析和数值模拟实验。结果表明，相较于传统测距方法，利用量子信号压缩和纠缠特性的方法能有效提高导航测距的距离分辨率，性能上优于经典方案，且在噪声光子数较多时具有更强的抗环境干扰能力。

1981年，Caves教授首次提出“压缩态”的概念，并指出利用压缩态光场可以提高激光干涉引力波探测的灵敏度。在过去的四十年，压缩态光场不仅成功用于突破标准量子极限的引力波探测、位移测量、位相测量等量子精密测量领域，而且基于单模压缩态制备的双模压缩态和多组份纠缠态也在量子计算、量子通信等量子信息处理中扮演着重要的作用。本文简要介绍了压缩态光场的基本概念、制备、探测方法及其在量子精密测量、量子通信、量子计算中的应用进展。

由于具有超高灵敏度，激光干涉测量被广泛应用于基础科学研究和技术开发领域。然而，低频经典噪声（小于1 Hz）占据干涉仪系统噪声贡献的主导地位，实现亚散粒噪声极限的低频激光干涉测量仍然面临巨大挑战。以亚赫兹低频物理信号为探测目标，采用激光偏振自由度作为干涉仪内部光能量分离通道的方法，解决激光干涉信号读出方案中本振光难以获取的关键难题；使用双频工作激光将低频位移信号在系统输出端转换为高频交流光电信号，自然地避开1 Hz频段电子学噪声的技术难题等，为量子噪声极限超低频率激光干涉、干涉信号的读出方法等提供重要的理论指导和实验支持，有望为地面引力波天线的升级改造提供具有参考价值的路径和方案。

连续变量压缩态光场在量子信息处理中占据重要的地位，其最有效的产生方式是光学参量振荡器。目前大多数研究集中于基模压缩态光场，而高阶模的相位分布以及强度分布相比基模更为复杂，基于不同阶模式的特点及正交特性，高阶模压缩光为量子通信与量子精密测量等领域带来广泛的应用前景。本文介绍了基于光学参量振荡器制备连续变量高阶模压缩态光场的实验研究进展，阐述了目前常用的两种产生高阶模压缩态光场的方式，包括运转于高阶模OPO和基模压缩光结合模式整形装置。

量子微波兼具量子信号的量子特性以及微波频段信号的中远距离传播的能力, 在通信、雷达、导航和定位等诸多方面具有广阔的应用前景。本文针对目前在量子微波接收方面的研究相对较少的现状, 总结和分析了量子微波的特性及其接收方法。首先, 介绍微波单光子、纠缠微波光子对以及压缩态和纠缠态微波场的特性和制备方法; 然后, 重点梳理和总结量子微波在量子雷达以及相关物理系统中的接收方法、检测方法、和研究现状; 最后, 指出量子微波接收技术中存在接收端探测信号较弱、微波频段量子纠缠态检测技术不够成熟, 以及量子检测算符有待进一步最优化等问题。针对这些问题, 梳理了几种降低接收端的噪声, 提高探测信号的信噪比, 以及基于纠缠见证的路径纠缠微波检测方案, 从而完成了量子微波从制备到接收的一个完整链路的梳理工作, 希望能为量子微波发射和接收系统技术的发展提供一些参考。