本文關(guān)鍵詞：基于原子系綜四波混頻的光量子關(guān)聯(lián)干涉儀

  更多相關(guān)文章： 量子噪聲 干涉儀 壓縮態(tài) 四波混頻 放大器

【摘要】：光學干涉儀,由于其對相位變化極其敏感,已成為精密測量領(lǐng)域一個非常重要的測量方法。不止一次,精密測量中測量精度的提高給我們的認知和生活都帶來了很大的改變。近年來,隨著測量技術(shù)的不斷改善,提高度量精度的研究已從經(jīng)典的宏觀世界發(fā)展到微觀量子區(qū)域。目前許多精密測量中的測量靈敏度都受限于標準量子極限。若要實現(xiàn)更高精度的精密測量,需要借助量子手段才可以突破,便出現(xiàn)了量子精密測量。本文中將研究利用量子關(guān)聯(lián)特性實現(xiàn)的測量靈敏度優(yōu)于標準量子極限的非傳統(tǒng)干涉儀,并圍繞原子系綜四波混頻的光量子關(guān)聯(lián)干涉儀進行了一系列理論及實驗研究,分析討論了其測量靈敏度優(yōu)于標準量子極限甚至接近海森堡極限的可能性,也給出了實現(xiàn)低噪聲放大器的可行方案。另外本文還研究了利用量子關(guān)聯(lián)和干涉效應實現(xiàn)的壓縮增強現(xiàn)象。本論文主要內(nèi)容有以下幾個方面：(1)本文將首先研究一種新型的非傳統(tǒng)干涉儀,其中分束與合束的元件不再是線性分束器,取而代之的是基于四波混頻過程的參量放大器。該光量子關(guān)聯(lián)干涉儀的相位測量靈敏度將大大優(yōu)于傳統(tǒng)的線性干涉儀。實驗上得到了其干涉對比度在很大的參數(shù)范圍內(nèi)都可以保持優(yōu)于0.9的結(jié)果,有力地證明了該干涉儀具有很好的穩(wěn)定性和抗干擾性。還對該干涉儀的信噪比(sNR)提高進行了詳細的研究,發(fā)現(xiàn)在相同條件下,非傳統(tǒng)干涉儀比傳統(tǒng)干涉儀的信噪比提高了4.1士0.3 dB。這些優(yōu)勢大大拓寬了該光量子關(guān)聯(lián)干涉儀的應用領(lǐng)域。(2)緊接著,本文從理論上分析討論了不同的光量子關(guān)聯(lián)干涉儀的相位測量靈敏度。發(fā)現(xiàn)在采用四波混頻參量放大器加線性分束器(PA+BS)的模型時,由于參量放大器的輸出態(tài)為糾纏態(tài),其量子噪聲之間存在關(guān)聯(lián),因而當分束器將其疊加時,干涉相消現(xiàn)象將會抵消互相關(guān)聯(lián)的量子噪聲,從而使得干涉儀輸出信噪比優(yōu)于標準量子極限。同時,還討論了輸入場處于不同量子態(tài)時,該干涉儀的相位測量靈敏度達到海森堡極限的可能性。(3)此外,本文中將從實驗上實現(xiàn)利用關(guān)聯(lián)特性消除放大器內(nèi)部噪聲的低噪聲放大器。在放大過程中,額外的量子噪聲通常會通過放大器(Amplifier)的內(nèi)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。即便采用壓縮光填補放大器內(nèi)部自由度的方案可以有效地抑制額外噪聲,但最理想的情況下也只能實現(xiàn)在放大過程中信噪比保持不變。而本文所討論的方案中,讓輸入信號模式與放大器內(nèi)部模式之間產(chǎn)生量子關(guān)聯(lián),再利用干涉相消過程消除具有關(guān)聯(lián)特性的量子噪聲,從而實現(xiàn)在放大信號的同時不放大噪聲,提高了輸出場的信噪比。在實驗中,該具有糾纏特性的放大器得到了4.0土0.2dB的信噪比提升。(4)最后,本文展示了該光量子關(guān)聯(lián)干涉儀不僅可以用于噪聲抑制的精密測量,還可以通過相位來進行量子調(diào)控,并在干涉相長時實現(xiàn)壓縮增強的效應。在實驗中,當該干涉儀處于干涉相長的相位時,可以得到7.9dB的壓縮度,與單次四波混頻過程產(chǎn)生的壓縮光(3.9dB壓縮度)相比,實現(xiàn)了4dB的壓縮增強效應。由于量子關(guān)聯(lián)廣泛應用于量子通訊,量子信息等領(lǐng)域,因而提高量子關(guān)聯(lián)性有著重要的意義。
【關(guān)鍵詞】：量子噪聲 干涉儀 壓縮態(tài) 四波混頻 放大器
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH744.3;O431.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-33
• 1.1 精密測量13-14
• 1.2 量子精密測量——基于量子關(guān)聯(lián)的干涉儀14-31
• 1.2.1 量子關(guān)聯(lián)的制備——原子四波混頻系統(tǒng)16-22
• 1.2.2 干涉儀的形成——級聯(lián)的四波混頻系統(tǒng)22-31
• 1.3 本論文主要構(gòu)架31-33
• 第二章 量子關(guān)聯(lián)的SU(1,1)干涉儀研究33-55
• 2.1 SU(1,1)干涉儀的干涉對比度依賴性研究33-39
• 2.1.1 理論模擬34-37
• 2.1.2 實驗驗證37-39
• 2.2 SU(1,1)干涉儀靈敏度的理論計算39-44
• 2.2.1 輸入場為相干態(tài)和真空態(tài)41-42
• 2.2.2 輸入場為相干態(tài)和壓縮真空態(tài)42-43
• 2.2.3 輸入場為真空態(tài)和壓縮真空態(tài)43-44
• 2.3 SU(1,1)干涉儀的信噪比提高44-53
• 2.3.1 實驗裝置44-46
• 2.3.2 信號增強46-48
• 2.3.3 噪聲抑制48-49
• 2.3.4 信噪比提高49-51
• 2.3.5 損耗的影響51-52
• 2.3.6 分析與討論52-53
• 2.4 本章小結(jié)53-55
• 第三章 量子關(guān)聯(lián)的PA+BS干涉儀研究55-71
• 3.1 PA+BS模型介紹55-66
• 3.1.1 閑頻輸入場為真空態(tài)58-60
• 3.1.2 閑頻輸入場壓縮態(tài)60-62
• 3.1.3 接近海森堡極限的可能性62-66
• 3.2 BS+PA模型介紹66-68
• 3.3 本章小結(jié)68-71
• 第四章 基于量子關(guān)聯(lián)干涉儀的低噪聲放大器研究71-85
• 4.1 實驗裝置73-75
• 4.2 噪聲水平75-77
• 4.3 放大器信噪比提高77-80
• 4.4 損耗對噪聲的影響80-83
• 4.5 本章小結(jié)83-85
• 第五章 量子關(guān)聯(lián)干涉儀中的壓縮增強研究85-95
• 5.1 想情況85-89
• 5.2 損耗的影響89-93
• 5.3 本章小結(jié)93-95
• 第六章 論文總結(jié)95-97
• 附錄A 銣-85D1線超精細分裂能級圖97-99
• 附錄B 平衡零拍探測技術(shù)99-103
• 附錄C 基于光纖干涉儀的激光穩(wěn)頻技術(shù)103-115
• 參考文獻115-129
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的論文129-131
• 簡歷131-133
• 致謝133-13

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1 ;中國科大首次發(fā)現(xiàn)量子關(guān)聯(lián)可以不被環(huán)境破壞[J];中國科技信息;2010年11期

2 ;中國科學技術(shù)大學:首次發(fā)現(xiàn)量子關(guān)聯(lián)可以不被環(huán)境破壞 首次在實驗上驗證了過氧化物的存在[J];安徽科技;2010年05期

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1 記者 吳長鋒;中國科大首次發(fā)現(xiàn)量子關(guān)聯(lián)可以不被環(huán)境破壞[N];科技日報;2010年

2 記者 吳長鋒 通訊員 楊保國;經(jīng)典噪聲環(huán)境存在量子關(guān)聯(lián)恢復現(xiàn)象[N];科技日報;2013年

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7 楊陽;量子關(guān)聯(lián)動力學的理論研究[D];中國科學技術(shù)大學;2013年

8 孔嘉;基于原子系綜四波混頻的光量子關(guān)聯(lián)干涉儀[D];華東師范大學;2015年

9 王晨;自旋玻色體系中量子關(guān)聯(lián)與信息輸運的研究[D];浙江大學;2013年

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7 蔣密;簡單光合作用模型中的能量轉(zhuǎn)移和量子關(guān)聯(lián)[D];湖南師范大學;2011年

8 閆俊彥;兩體系統(tǒng)量子關(guān)聯(lián)動力學性質(zhì)的理論研究[D];大連理工大學;2012年

9 張婷婷;局域噪聲環(huán)境下量子關(guān)聯(lián)的凍結(jié)和突然轉(zhuǎn)變特性[D];河北師范大學;2014年

10 張曉蒙;多體腔庫系統(tǒng)中量子關(guān)聯(lián)的演化及局域幺正操作的影響[D];河北師范大學;2013年

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