《基於光纖干涉儀的量子精密測量》是依託南京大學，由張勇擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：基於光纖干涉儀的量子精密測量
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：張勇
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於光纖的測量及感測是一個有廣泛套用的研究領域，可以進行溫度、壓力、位移、振動、轉動、速度、聲場、電流、電壓、磁場等眾多物理量的測量。光纖干涉儀是其中重要的測量方案之一，其理論測量極限是由輸入光場的量子噪聲所決定的。經典相干光做測量受到散粒噪聲的限制。當輸入非經典光（壓縮態、糾纏態等）時，可以把測量精度提高到突破散粒噪聲極限，甚至達到海森堡極限。本項目中，我們把比較成熟的壓縮態量子精密測量技術引入到光纖干涉儀中，提高其測量精度。很多情況下，光纖感測都是在低頻段進行測量，在引力波探測中發展起來的低頻量子精密測量技術可以在光纖中找到新的套用。同時，用光纖干涉儀做量子精密測量有獨特的優勢，比如可以實現遠距離測量和監控，可以適應各種特殊工作環境（如高壓、低溫、真空等），便於與計算機系統集成遙測等。我們將根據光纖自身的特點設計合適的量子測量方案，構建具有實際套用前景的量子光纖干涉儀。
結題摘要
在本項目中，我們將把基於連續光壓縮態的精密測量原理和技術引入到光纖系統中，在光纖干涉儀中實現量子增強的精密測量。圍繞量子光纖干涉儀的原理、設計、構建及套用，我們取得了一系列研究成果，具體包括：（1）在理論上對Mach-Zehnder和Sagnac型光纖干涉儀建立了理論模型，分別對相干態和壓縮態、高斯光和攜帶光子軌道角動量光束注入情況下，對動態相位信號、動態旋轉信號等的測量精度進行了理論模擬，並最佳化實驗方案；（2）在實驗上，對光纖干涉儀的參數進行了最佳化，整體插入損耗控制在30%以內；基於自適應Homodyne方案，實現了對大角度動態相位信號的實時追蹤，精度達到經典極限；建立了量子Mach-Zehnder干涉儀，並在實驗上實現了量子增強的低頻相位信號測量，突破了經典散粒噪聲極限。（3）對攜帶光子軌道角動量態進行非線性調控，並研究了其在非線性光學過程中的特點，可以實現高階（最大12階）的光子軌道角動量光束的可控輸出；開發了一種新型三維非線性光子晶體，可用於高維量子光源製備。（4）建立了Sagnac型干涉儀，並利用攜帶光子軌道角動量l的光束實現了對角向旋轉信號的靜態和動態測量，相對高斯光束入射性能提升了l倍；對攜帶光子軌道角動量的光束進行了純度最佳化，為實現光子軌道角動量壓縮態並套用於精密測量打好基礎。
