西安光機所在亞散粒噪聲精密測量領(lǐng)域研究取得重要進展
近日，西安光機所瞬態(tài)光學與光子技術(shù)國家重點實驗室非線性光學及應(yīng)用課題組在亞散粒噪聲精密測量領(lǐng)域研究取得重要進展，相關(guān)成果以“Tolerance enhancement of inefficient detection and frequency detuning by non-perfect phase-sensitive amplification in broadband squeezing-based precision measurement”為題發(fā)表在國際著名光學期刊Journal of the Optical Society of America B，并被選為Editor`s Pick（編輯精選）文章。（Editor's Picks serve to highlight articles with excellent scientific quality and are representative of the work taking place in a specific field.） }&]T0U`@
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標準量子極限是經(jīng)典測量技術(shù)所能達到的最小測量極限。隨著引力波等微弱信號探測需求的增長，如何突破標準量子極限實現(xiàn)更高精度測量是精密測量領(lǐng)域的重要科學問題。作為最實用和最有效的量子計量資源之一，壓縮態(tài)能使測量精度突破散粒噪聲極限并逼近海森堡極限，可以為精密測量領(lǐng)域帶來革命性突破。然而壓縮態(tài)的低魯棒性限制了它在復(fù)雜環(huán)境中的應(yīng)用，且探測器的非理想探測效率也會導(dǎo)致其量子優(yōu)勢無法充分體現(xiàn)。對此，研究人員提出使用光參量放大器（OPA）對微弱信號進行預(yù)放大來克服由于低探測效率引起的檢測損失。由于存在量子漲落現(xiàn)象，經(jīng)典放大器的放大過程會伴隨著散粒噪聲引入，導(dǎo)致噪聲指數(shù)NF＞3dB。因此，突破這一固有限制是微弱信號精密測量亟需解決的重點與難點。 hb(H-`16
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基于以上關(guān)鍵問題，該課題組開展了基于二階非線性的相位敏感光參量放大器（PSA）相關(guān)研究。PSA以其在放大過程中不引入新的噪聲的獨有特性，可實現(xiàn)對微弱信號無噪放大，有望助力光學精密測量技術(shù)實現(xiàn)新的突破。 ./<giTR:p
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圖1. 基于壓縮態(tài)的亞散粒噪聲量子測量方案示意圖 S3Fj /2Q8
課題組提出了應(yīng)用PSA來提高基于寬帶壓縮光的微弱信號探測能力的方法。研究發(fā)現(xiàn)，使用寬帶壓縮光作為探測光可提高微弱信號的探測能力，在探測器的探測效率較低時（η＜0.5），使用PSA預(yù)放大可顯著提高因為低探測效率引起的量子優(yōu)勢衰減，并有效改善壓縮態(tài)的低魯棒性。研究進一步發(fā)現(xiàn)，盡管寬光譜引起的頻率失諧會導(dǎo)致非理想相敏放大引入少量噪聲，但高增益可有效補償這一退化。相關(guān)研究成果為引力波探測、量子增強激光雷達、量子成像、量子通信等領(lǐng)域的發(fā)展提供了關(guān)鍵理論支撐。 v
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