量子光学

• 基于时域二阶关联的激光雷达去噪

  朱琳;夏云杰;段德洋;

  时变雾对激光的散射导致激光雷达产生非平稳噪声，这不仅降低激光雷达感知的信息能力，而且会导致错误的判断。我们研究了时变雾散射激光的时域二阶关联性质，并从理论和实验上证明了产生非平稳噪声的光缺乏稳定的时域二阶关联，而产生信号的光则恰恰相反。基于这种差异，我们提出了一种消除非平稳噪声的方法。该方法通过测量激光回波的时域二阶关联，消除非平稳的噪声，保留有用的信号。与传统方法相比，该方法在消除非平稳噪声方面表现出良好的性能。可用于激光雷达系统中，更好地服务于激光雷达信号测量。

  2025年03期 v.31;No.120 7-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 1179K]
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• 温度和自旋-轨道相互作用对抛物量子阱中极化子有效质量的影响

  双山;红兰;

  对电子的动量和位置坐标引入Tokuta改进的线性组合算符，利用变分技术并结合第二次幺正变换理论研究了温度和自旋-轨道相互作用对抛物量子阱中极化子有效质量的影响，分别得到极化子有效质量和平均声子数的函数关系式，结合量子统计力学中平均声子数的表达式，得到极化子有效质量与温度之间的函数关系。当电子-声子耦合强度取不同值时，讨论了极化子有效质量与振动频率的关系。当温度取不同值时，分别讨论了极化子有效质量随速率和自旋-轨道耦合参数的变化关系。同时又讨论了平均声子数取不同值时，极化子有效质量随温度的变化关系。研究结果表明：极化子有效质量是电子-声子耦合强度、振动频率、温度、平均声子数的增函数。由于自旋-轨道相互作用，极化子有效质量发生分裂。

  2025年03期 v.31;No.120 14-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 1026K]
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• 基于SIC-POVM和MUBs的双光子量子态层析

  杜蘅;计佳;魏毅强;

  本文研究了基于4维对称信息完备正算子值测量（Symmetric Informationally Complete Positive OperatorValued Measures, SIC-POVM）和相互无偏基（Mutually Unbiased Bases, MUBs）测量的双光子量子态层析。在层析过程中，我们引入了光子计数实验中常见的干扰因素，包括泊松噪声和暗计数，以模拟真实实验环境。层析的效率通过保真度，线性熵和并发度来量化。我们发现在双光子纠缠纯态的量子态层析中，SICPOVM在抵御泊松噪声方面比MUBs具有更强的鲁棒性。这一发现挑战了以往在抵御噪声干扰时优先选择MUBs的传统观点。而对于Werner态，过完备的MUBs则能更有效地抵御泊松噪声，保障实验数据的准确性和可靠性。我们的实验结果揭示了不同测量方式在应对不同量子态时的差异性表现，为量子态层析实验中测量方案的选择提供了重要参考。

  2025年03期 v.31;No.120 20-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 1341K]
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精密测量物理与技术

• 基于室温的超稳腔热噪声优化

  刘静芳;刘佳敏;杜联联;孙恒信;郜江瑞;

  在基于光学干涉测量的应用中，激光的频率噪声限制了测量灵敏度，往往需要对频率进行预稳。通常将激光频率锁定到超稳定的光学参考腔（超稳腔）上实现频率预稳。超稳腔的稳定性受到腔体、腔镜基底以及腔镜镀膜热噪声的限制。在室温下，可以通过选择合适的材料来优化腔体和腔镜基底的稳定性和热噪声。腔镜镀膜热噪声与高反射镜镀膜层的机械损耗以及厚度有关，可以采用多层多材料镀膜来抑制。本文综合温度稳定性和机械损耗，优化了室温下的超稳腔腔体和腔镜基底材料，构建了四种腔镜镀膜模型对超稳腔的热噪声进行对比和优化，与传统的电介质多层镀膜相比，超稳腔总体热噪声最大降低了26%。

  2025年03期 v.31;No.120 29-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 1314K]
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• 基于拉比共振技术实现微波电场测量

  孙伟;成永杰;靳刚;刘星汛;齐万泉;

  基于里德堡原子的微波电场测量技术，利用电磁感应透明光谱（Electromagnetically induced transparency, EIT）和（Autler-Townes, AT）分裂光谱实现微波电场强度测量。EIT-AT光谱测量要求微波-原子耦合的拉比频率大于EIT线宽，这会限制弱场条件下微波场强的测量和溯源。本文提出利用参量技术调谐微波与原子的耦合特性，采用参量放大的EIT-AT过程实现微弱微波电场拉比频率测量。文章首先通过微波场相位调制引入调控参量，模拟给出微波-里德堡原子耦合的拉比共振效应；进一步设计拉比共振的光谱测量方案，计算模拟弱电场条件下参量过程的里德堡原子光谱特性。基于参量放大的光谱技术，将传统微波强度所用的EIT-AT光谱分裂测量转化为EIT强度测量，该光谱技术允许在弱场强条件下开展微波测量和溯源。

  2025年03期 v.31;No.120 38-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 1208K]
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• 精细结构分辨的牙齿光声成像系统设计

  李鹏;李渊骥;辛鹏飞;冯晋霞;刘青梅;张宽收;

  本文理论研究了不同激励光条件下，牙齿内不同结构、成分的特征光声信号。基于对模拟结果的分析，设计了三个对比度参数，分别为：不同波长激光激励条件下的光声功率谱密度斜率随探测光位置变化曲线的和、积；单波长激光激励条件下的光声功率谱密度随探测光位置变化曲线的对称性；时域光声信号的强度-衰减时间斜率。基于这三个参数，可以准确判定测量点元处的牙齿结构成分、龋洞是否存在、龋洞的延伸位置等，从而实现牙齿的精细结构分辨功能成像。在此基础上，设计了一套双波长脉冲激光激励、光学干涉测声的精细结构分辨的牙齿光声成像系统。

  2025年03期 v.31;No.120 47-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 2682K]
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量子信息处理与量子通讯

• 电场下量子行走的扩散性质研究

  高鉴鉴;韩永琪;王坤坤;

  与经典随机行走相对应，量子行走利用量子态的叠加及纠缠特性，展现出平方式的加速扩散。基于这一特点，量子行走经常被用于构建各种算法，加速解决各类问题。此外，量子行走还可以用来实现量子模拟，不仅可以模拟各类拓扑物态，还可以在量子行走中引入增益和损耗，用于模拟非厄米系统。基于量子行走模型，本文主要研究了直流均匀电场下厄米及非厄米量子行走中，行走者随时间演化的扩散性质。首先定义了电场下离散量子行走模型，通过计算行走者位置分布的方差、随时间演化的恢复概率以及归一化位置空间分布概率，直观地展示了不同电场下，厄米及非厄米量子行走中的扩散性质。结果表明，虽然满足厄米性的量子行走中外部电场会抑制行走者的扩散，并在不同情况下呈现局域振荡，但非厄米趋肤效应会破坏电场对量子行走扩散的抑制。还观测到非厄米趋肤效应与电场引起的局域振荡之间的竞争现象，观测到非厄米量子行走局域振荡到扩散之间的转变。进一步，本文还基于线性光学系统，提出具体实验方案，探讨利用光子的多个自由度实现对电场下非厄米量子行走实验模拟的研究。本文对非厄米量子行走扩散性质的研究，为调控量子行走的扩散性质提供了新的方法。

  2025年03期 v.31;No.120 58-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1735K]
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• 参量光源的频域多模特性对量子密钥分发系统的性能影响研究

  胡飞飞;黄昱;洪丹轲;林旭斌;张思拓;覃楚珺;刘云;

  本研究探讨了自发参量下转换（Spontaneous Parametric Down-Conversion, SPDC）光源的光谱特性对量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）系统性能的影响。通过引入光谱自由度，对光子数分布进行了更为准确的建模，揭示了实际SPDC光源的分布特性可能不同于传统的泊松或热分布。研究表明，不同光谱结构会导致安全密钥率的显著差异，错误的分布假设可能导致安全性问题。本文提出的模型可用于优化QKD系统的设计，提高量子通信的安全性和传输距离。

  2025年03期 v.31;No.120 69-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 1330K]
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• 高维量子态对称信息完备正算子值测量的实现

  沈孝文;张融;

  高维量子态能够增加信息容量，提高抗噪能力，获取高维量子态信息成为量子信息学科的重要研究方向。对称信息完备正算子值测量具有信息完备性和对称性的特点，能够高效获取量子态信息。本文提出基于一维离散时间量子行走实现高维量子态对称信息完备正算子值测量的方案，作为示例实现了四维量子态对称信息完备正算子值测量。该方案能够拓展至任意维度量子系统，易于在物理系统中实现，为高维量子态的信息获取提供了可拓展的实验框架，能够推动量子信息科学的发展。

  2025年03期 v.31;No.120 77-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 1624K]
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非线性光学与光传输

• 皮尔斯-高斯光束在饱和非线性介质中的传输及相互作用

  杨海雄;乔治;宋丽军;

  基于非线性薛定谔方程，采用分步傅里叶法分析了皮尔斯-高斯光束在饱和非线性介质中的传输及相互作用，结果表明：当初始输入光束为单皮尔斯-高斯光束时，饱和非线性效应可以使光束演化为稳定传输的类呼吸孤子，饱和非线性效应可以调控孤子的周期及峰值功率，同时分布因子也可以调节孤子的传输方向；当初始输入为双皮尔斯-高斯光束时，同相双皮尔斯-高斯光束相互吸引形成类呼吸孤子，且随着间距的增大，双光束之间的吸引力减弱，而反相双皮尔斯-高斯光束则表现为相互排斥的特性，且随着间距的增大，排斥力减小。

  2025年03期 v.31;No.120 95-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 2111K]
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激光物理与激光技术

• Linear-Quadratic-Gaussian控制实现腔频率锁定仿真研究

  宋旭宁;翟泽辉;

  本文考虑了Linear-Quadratic-Gaussian(LQG)控制理论在量子光学中腔锁定问题中的应用。锁定光学腔是指将输入激光频率与腔的谐振频率匹配的过程，将腔的频率稳定在激光频率上，以便于在腔内最大限度地积累能量，使得透射光场最强。激光频率和腔频率之间的误差由“失谐”?表征。本文描述了建立腔体系统的模型，设计了LQG控制器。该控制器已在仿真实验中实现并成功测试。

  2025年03期 v.31;No.120 106-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 1458K]
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• 840 nm激光外腔谐振倍频产生420 nm激光

  贾亚敏;李东豪;徐忠孝;

  本文利用钛宝石激光器输出的840 nm激光，经放置周期极化磷酸氧钛钾（PPKTP）晶体的环形腔谐振倍频，实现了连续单频的420 nm激光输出。为了保证二次谐波输出功率的稳定性，采用传统的Pound-DeverHall(PDH)技术锁定倍频腔。当基频光的功率为575 mW时，倍频产生的420 nm激光输出为333 mW，达到最高的倍频效率57.91%。输出激光光束质量（M~2）在水平和竖直两个方向分别为M~2(x)=1.32,M~2(y)=1.27。注入基频光功率200 mW时，30 min内二次谐波输出功率均方根起伏约为1.09%。该倍频系统拥有足够的稳定性，可以实现蓝光波段激光的稳定输出，为后续里德堡实验提供有效泵浦。

  2025年03期 v.31;No.120 114-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 1114K]
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• 利用干涉仪高阶光模滤波抑制光束指向噪声

  成亚哲;王宇;张静;孙恒信;刘奎;杨荣国;郜江瑞;

  激光光束的指向噪声对物理量的精密测量、激光材料加工、自由空间远距离光通讯、星载激光对准系统等许多应用场景都有负面影响，抑制光束指向噪声的研究有着重要意义。本文在实验上利用Sagnac干涉仪针对压电陶瓷产生的倾斜指向噪声抑制开展了研究，系统通过高阶模式滤波原理将指向噪声激发的厄米-高斯光模分离。理论上使用传输矩阵进行分析，给出了干涉仪抑制指向噪声的原理及与相关参数的关系。实验上搭建Sagnac干涉仪，对装有反射镜压电陶瓷产生的指向噪声进行抑制，并与压电陶瓷随驱动电压相同的指向噪声直接探测的情况进行了相应的对比。实验结果表明，当压电倾斜镜产生2.5μrad的信号时，干涉仪能抑制43.3 d B的指向噪声。该方法不需要闭环反馈技术，适用于连续波激光系统中，尤其是需要快速修正的场景。

  2025年03期 v.31;No.120 121-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 1357K]
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• 《量子光学学报》征稿简则

  <正>本刊（ISSN1007-6654,CN14-1187/O4 CODEN LGXIAW）是中国物理学会量子光学专业委员会学术性会刊。旨在反映国内量子光学及相关领域的科研成果，交流学术信息，促进国内量子光学的发展，加强国内外联系，向国内外学术界展示我国量子光学领域的研究水平。

  2025年03期 v.31;No.120 129页 [查看摘要][在线阅读][下载 371K]
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