基于原子系综四波混频的光量子关联干涉仪

发布时间：2017-09-16 05:21

  本文关键词：基于原子系综四波混频的光量子关联干涉仪

  更多相关文章： 量子噪声 干涉仪 压缩态 四波混频 放大器

【摘要】：光学干涉仪,由于其对相位变化极其敏感,已成为精密测量领域一个非常重要的测量方法。不止一次,精密测量中测量精度的提高给我们的认知和生活都带来了很大的改变。近年来,随着测量技术的不断改善,提高度量精度的研究已从经典的宏观世界发展到微观量子区域。目前许多精密测量中的测量灵敏度都受限于标准量子极限。若要实现更高精度的精密测量,需要借助量子手段才可以突破,便出现了量子精密测量。本文中将研究利用量子关联特性实现的测量灵敏度优于标准量子极限的非传统干涉仪,并围绕原子系综四波混频的光量子关联干涉仪进行了一系列理论及实验研究,分析讨论了其测量灵敏度优于标准量子极限甚至接近海森堡极限的可能性,也给出了实现低噪声放大器的可行方案。另外本文还研究了利用量子关联和干涉效应实现的压缩增强现象。本论文主要内容有以下几个方面：(1)本文将首先研究一种新型的非传统干涉仪,其中分束与合束的元件不再是线性分束器,取而代之的是基于四波混频过程的参量放大器。该光量子关联干涉仪的相位测量灵敏度将大大优于传统的线性干涉仪。实验上得到了其干涉对比度在很大的参数范围内都可以保持优于0.9的结果,有力地证明了该干涉仪具有很好的稳定性和抗干扰性。还对该干涉仪的信噪比(sNR)提高进行了详细的研究,发现在相同条件下,非传统干涉仪比传统干涉仪的信噪比提高了4.1士0.3 dB。这些优势大大拓宽了该光量子关联干涉仪的应用领域。(2)紧接着,本文从理论上分析讨论了不同的光量子关联干涉仪的相位测量灵敏度。发现在采用四波混频参量放大器加线性分束器(PA+BS)的模型时,由于参量放大器的输出态为纠缠态,其量子噪声之间存在关联,因而当分束器将其叠加时,干涉相消现象将会抵消互相关联的量子噪声,从而使得干涉仪输出信噪比优于标准量子极限。同时,还讨论了输入场处于不同量子态时,该干涉仪的相位测量灵敏度达到海森堡极限的可能性。(3)此外,本文中将从实验上实现利用关联特性消除放大器内部噪声的低噪声放大器。在放大过程中,额外的量子噪声通常会通过放大器(Amplifier)的内部自由度(internal degree)耦合到放大器中。使得放大后的信噪比反而降低。即便采用压缩光填补放大器内部自由度的方案可以有效地抑制额外噪声,但最理想的情况下也只能实现在放大过程中信噪比保持不变。而本文所讨论的方案中,让输入信号模式与放大器内部模式之间产生量子关联,再利用干涉相消过程消除具有关联特性的量子噪声,从而实现在放大信号的同时不放大噪声,提高了输出场的信噪比。在实验中,该具有纠缠特性的放大器得到了4.0土0.2dB的信噪比提升。(4)最后,本文展示了该光量子关联干涉仪不仅可以用于噪声抑制的精密测量,还可以通过相位来进行量子调控,并在干涉相长时实现压缩增强的效应。在实验中,当该干涉仪处于干涉相长的相位时,可以得到7.9dB的压缩度,与单次四波混频过程产生的压缩光(3.9dB压缩度)相比,实现了4dB的压缩增强效应。由于量子关联广泛应用于量子通讯,量子信息等领域,因而提高量子关联性有着重要的意义。
【关键词】：量子噪声 干涉仪 压缩态 四波混频 放大器
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.3;O431.2
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-33
• 1.1 精密测量13-14
• 1.2 量子精密测量——基于量子关联的干涉仪14-31
• 1.2.1 量子关联的制备——原子四波混频系统16-22
• 1.2.2 干涉仪的形成——级联的四波混频系统22-31
• 1.3 本论文主要构架31-33
• 第二章 量子关联的SU(1,1)干涉仪研究33-55
• 2.1 SU(1,1)干涉仪的干涉对比度依赖性研究33-39
• 2.1.1 理论模拟34-37
• 2.1.2 实验验证37-39
• 2.2 SU(1,1)干涉仪灵敏度的理论计算39-44
• 2.2.1 输入场为相干态和真空态41-42
• 2.2.2 输入场为相干态和压缩真空态42-43
• 2.2.3 输入场为真空态和压缩真空态43-44
• 2.3 SU(1,1)干涉仪的信噪比提高44-53
• 2.3.1 实验装置44-46
• 2.3.2 信号增强46-48
• 2.3.3 噪声抑制48-49
• 2.3.4 信噪比提高49-51
• 2.3.5 损耗的影响51-52
• 2.3.6 分析与讨论52-53
• 2.4 本章小结53-55
• 第三章 量子关联的PA+BS干涉仪研究55-71
• 3.1 PA+BS模型介绍55-66
• 3.1.1 闲频输入场为真空态58-60
• 3.1.2 闲频输入场压缩态60-62
• 3.1.3 接近海森堡极限的可能性62-66
• 3.2 BS+PA模型介绍66-68
• 3.3 本章小结68-71
• 第四章 基于量子关联干涉仪的低噪声放大器研究71-85
• 4.1 实验装置73-75
• 4.2 噪声水平75-77
• 4.3 放大器信噪比提高77-80
• 4.4 损耗对噪声的影响80-83
• 4.5 本章小结83-85
• 第五章 量子关联干涉仪中的压缩增强研究85-95
• 5.1 想情况85-89
• 5.2 损耗的影响89-93
• 5.3 本章小结93-95
• 第六章 论文总结95-97
• 附录A 铷-85D1线超精细分裂能级图97-99
• 附录B 平衡零拍探测技术99-103
• 附录C 基于光纤干涉仪的激光稳频技术103-115
• 参考文献115-129
• 攻读博士学位期间发表的论文129-131
• 简历131-133
• 致谢133-13

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;中国科大首次发现量子关联可以不被环境破坏[J];中国科技信息;2010年11期

2 ;中国科学技术大学:首次发现量子关联可以不被环境破坏 首次在实验上验证了过氧化物的存在[J];安徽科技;2010年05期

3 许金时;李传锋;张永生;郭光灿;;量子关联[J];物理;2010年11期

4 桂卫军;江民斌;;一类X-态量子关联的几何测量[J];量子电子学报;2011年04期

5 王飞;肖明;;非绝热消除条件下输出边频量子关联[J];光学学报;2012年12期

6 樊开明;张国锋;;阻尼Jaynes-Cummings模型中两原子的量子关联动力学[J];物理学报;2013年13期

7 席政军;李永明;;测量诱发的关联分布[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2013年09期

8 周涛;龙桂鲁;傅双双;骆顺龙;;量子关联简介[J];物理;2013年08期

9 张国锋;;固态格点自旋体系中的量子关联[J];物理;2013年08期

10 杜少将;夏云杰;满忠晓;张英杰;段德洋;;基于弱测量操作下的量子关联动力学及关联转移[J];光学学报;2013年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王X;张秀婷;崔亮;杨磊;李小英;;便携式全光纤量子关联光源[A];第十五届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2012年

2 荣星;王梓翔;金芳洲;耿建培;冯鹏博;徐南洋;王亚;居琛勇;石名俊;杜江峰;;固体体系中基于量子失谐的无纠缠量子关联的研究[A];第十七届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];2012年

3 胡雪元;;局域信道的量子关联产生能力[A];第十六届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2014年

4 刘金明;郭慧;张成杰;C.H.Oh;;噪声环境下三体类W态的量子关联动力学[A];第十五届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2012年

5 崔亮;杨磊;李小英;;基于光子晶体光纤的量子关联光子对[A];第十三届全国量子光学学术报告会论文摘要集[C];2008年

6 何琼毅;王猛;龚旗煌;;连续变量多体系统中的量子关联及其应用探讨[A];第十六届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2014年

7 李艳杰;刘金明;;极性分子摆动态的三体量子关联特性[A];第十六届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2014年

8 樊开明;张国锋;;T-C模型中两原子量子关联与量子纠缠的分析[A];第十六届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2014年

9 郭苗军;周海涛;王丹;张俊香;朱诗尧;;铯原子汽室中频差18.4GHz量子关联的产生[A];第十六届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2014年

10 荆杰泰;;利用级联四波混频过程产生量子关联多光束的实验研究（英文）[A];第十六届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2014年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 记者 吴长锋;中国科大首次发现量子关联可以不被环境破坏[N];科技日报;2010年

2 记者 吴长锋 通讯员 杨保国;经典噪声环境存在量子关联恢复现象[N];科技日报;2013年

3 记者 李陈续 通讯员 杨保国;我科学家观测到经典噪声环境中量子关联恢复现象[N];光明日报;2013年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 蒋峰建;量子关联的动力学研究[D];中国科学技术大学;2011年

2 金家森;腔QED系统中量子关联的理论研究[D];大连理工大学;2012年

3 吴韬;原子—腔系统中的量子关联动力学研究[D];安徽大学;2013年

4 曾可;双原子真空场系统中的量子关联动力学[D];湖南师范大学;2014年

5 李辉;高维体系的量子关联研究[D];清华大学;2013年

6 何娟;量子弱测量及量子关联相关问题研究[D];安徽大学;2015年

7 杨阳;量子关联动力学的理论研究[D];中国科学技术大学;2013年

8 孔嘉;基于原子系综四波混频的光量子关联干涉仪[D];华东师范大学;2015年

9 王晨;自旋玻色体系中量子关联与信息输运的研究[D];浙江大学;2013年

10 刘忠菊;腔QED系统的量子关联和量子相变的理论研究[D];大连理工大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 饶婷;由经典噪声场驱动的双原子体系量子关联的产生[D];华中师范大学;2012年

2 郑艳萍;非马尔科夫过程中的量子关联的演化[D];湖南师范大学;2012年

3 曹宝亮;耦合腔中双原子的量子关联[D];大连理工大学;2013年

4 李磊;几种两体系统在不同关联度量方式下的量子关联性质研究[D];山西师范大学;2014年

5 程俊青;腔QED系统几何量子关联的理论研究[D];浙江大学;2014年

6 陈秋英;双Jaynes-Cummings模型系统中的量子关联守恒问题的研究[D];湖南师范大学;2011年

7 蒋密;简单光合作用模型中的能量转移和量子关联[D];湖南师范大学;2011年

8 闫俊彦;两体系统量子关联动力学性质的理论研究[D];大连理工大学;2012年

9 张婷婷;局域噪声环境下量子关联的冻结和突然转变特性[D];河北师范大学;2014年

10 张晓蒙;多体腔库系统中量子关联的演化及局域幺正操作的影响[D];河北师范大学;2013年

，

本文编号：861122