基于线性相干反馈的量子增强型干涉仪特性研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xinduolian1986
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物理量的精确测量对推动现代物理学的发展具有重大意义。近年来,结合量子技术来突破经典测量极限是当前精密测量领域的前沿方向,其中光学干涉仪因其极高的测量精度而被广泛应用于各种相敏物理量的探测。传统干涉仪的精度受到标准量子极限的限制,而非线性干涉仪利用量子技术突破了这一极限,将测量相位灵敏度提升至一个新的水平,在量子精密测量领域中具有至关重要的应用。然而,非线性介质转化率较低,导致非线性干涉仪的绝对相位灵敏度还有待进一步提升。针对此问题,本文在非线性干涉仪的基础上,引入线性相干反馈和量子压缩源,实现了干涉仪测量性能的优化。具体如下:首先,本文理论提出了一种量子增强型混合干涉仪方案。该方案由非线性参量放大器结合量子压缩源的线性相干反馈实现分束过程,由光学线性分束器实现合束过程。本文利用误差传播理论计算了该方案的相位灵敏度,分析了反馈和压缩等参数对测量相位灵敏度的影响,相比于无反馈情形,结果表明,通过调节反馈强度和压缩幅,本方案同时从以下三个方面有效地提升绝对相位灵敏度:其一,增加相敏光子数以提高干涉信号强度;其二,增强两干涉臂之间的纠缠度以减小干涉噪声;其三,降低初始输入光场自身的噪声起伏以减小干涉噪声,同时也给出了反馈强度的最优解。此外,在有损情况下,该反馈型量子混合干涉仪仍具有较好的相位灵敏度,表现出更好的抗损能力。其次,本文将量子混合型干涉仪方案应用于多参量联合测量,计算了幅度与相位调制信号联合测量的信噪比,分析了反馈强度及两臂间相位差对多参量联合测量信噪比的影响。相比于无反馈情形,该方案可以从增加感知调制信号的相敏光子数以及增强量子纠缠降低噪声两方面,实现多参量联合测量信噪比的量子提升,且同样具有抗损耗的优势。
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