《新型非線性干涉儀量子特性的實驗研究》是依託華東師範大學，由荊傑泰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型非線性干涉儀量子特性的實驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：荊傑泰
- 依託單位：華東師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
精密測量是物理學中永恆的話題，光學干涉儀是實現精密測量的非常有效的工具，而反過來光學干涉儀的發展也不斷推動物理學的前進。傳統光學干涉儀的靈敏度受限於光場的量子漲落，因此通過注入量子態來抑制系統的量子噪聲可以使光學干涉儀突破標準量子極限。而另一種使干涉儀靈敏度突破標準量子極限的方案是從根本上改變干涉儀的硬體結構，用非線性過程代替傳統光學干涉儀中的光學分束器，從而實現非線性干涉儀。本項目計畫在我們前期對量子光源和非線性干涉儀經典特性實驗研究的基礎上，充分利用已積累的相關實驗技術，開展非線性干涉儀量子特性的實驗研究，將主要包括對非線性干涉儀的靈敏度進行量子檢測，演示由於系統非線性增益所帶來的相位靈敏度的大幅度提高。在此基礎上，把預先製備好的量子糾纏關聯光束對注入非線性干涉儀，通過降低量子噪聲水平的辦法進一步提高幹涉儀的靈敏度，最終實現量子態注入和非線性增益過程協同操控下的超高靈敏度非線性干涉儀。
結題摘要
測量是物理學的核心，不斷提高測量精度一直是物理學家的追求，也是物理學中永恆的話題，然而量子力學中最基本的不確定性原理限制了物理量測量的精度。量子精密測量就是要利用量子力學的基本規律尋求更精密的測量手段，是量子技術重要的套用領域。因此我們開展了基於量子光源的新型量子關聯干涉儀的相關研究。主要研究進展包括以下兩大部分：非線性干涉儀的量子特性及新型非線性干涉儀的相關研究以及非線性干涉儀中新的物理機制的研究。我們首先研究非線性干涉儀與線性干涉儀對比在信噪比上有明顯的量子增強，獲得了4dB的信噪比增強。開展了非線性干涉儀中量子糾纏放大的實驗研究，發展了一種新型的非線性—線性混合型干涉儀，並且提出了一種新型量子Sagnac干涉儀的理論方案。此外為了干涉儀的實際套用，我們研究了損耗對非線性干涉儀性能的影響，同時開展了非線性干涉儀相位鎖定的實驗研究，穩定地將干涉儀鎖定在干涉極大以及干涉極小。提出了一種新型雙模相敏放大非線性干涉儀的理論並且開展了相關實驗研究。此外在這些研究基礎上，我們開展了一些延展性的相關研究，例如開展了可用於構建多通道非線性干涉儀的多光束量子關聯產生裝置的理論和實驗研究。我們利用兩個四波混頻過程的級聯結構，在實驗上產生了三束量子關聯的光束，並且證明它們之間的關聯大於兩束之間的量子關聯，因此我們的實驗演示了一種可以擴展的量子關聯光束產生系統。在此基礎上，我們又提出了兩個原子系綜串並聯相結合的級聯四波混頻方案。受到上述四波混頻空間復用概念的啟發，我們研究了單個原子樣品池中，利用一個錐形光束泵浦原子系綜，實現軸向探針光束放大和錐形共軛光束產生的多模四波混頻過程 。此外，我們提出了一種利用單原子樣品池，通過調控泵浦光直接產生多光束量子關聯的方案，並且在實驗上觀察到了六光束量子關聯。我們的相關研究對於理解非線性干涉儀的量子物理機制以及實際套用有著重要的意義。
