空心光子晶體光纖中原子濾波機制的研究

《空心光子晶體光纖中原子濾波機制的研究》是依託中國科學院精密測量科學與技術創新研究院，由孫獻平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：空心光子晶體光纖中原子濾波機制的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孫獻平
• 依託單位：中國科學院精密測量科學與技術創新研究院

項目摘要

本項目是在我們成功實驗演示'使用原子濾波方法的自由空間量子通信'和演示'強耦合光 + 連續波信號'條件下喇曼放大原子濾波的基礎上，針對在自由空間量子通信中抑制連續本底光噪聲的目的,提出全新的空心光子晶體光纖中原子濾波方案，研究空心光子晶體光纖型原子色散濾波和喇曼放大原子濾波機制及相關物理。空心光子晶體光纖具有微米的纖芯孔徑、信號光束高通和彎曲低損耗等特性，將蒸汽泡型原子色散濾波和我們發明的原子蒸汽喇曼放大濾波方法移植到使用空心光子晶體光纖的原子濾波方案里，它們將更具微型化、更易集成化和更加實用化。其用於自由空間量子通信中將進一步改進量子通信系統的濾波技術和整體性能，是解決在陽光直射等極端條件下本底光噪聲可能產生的誤碼、影響安全密鑰的獲得、以及通信距離受限等問題的一個全新方法。

結題摘要

按照本項目的研究計畫，完成了設定的任務。主要研究工作進展及結果如下： 1、研究了空心光子晶體光纖中氧譜，雷射與光纖的耦合效率～20％；與泡中的氧信號相比，光子晶體光纖提高了光與氧的相互作用強度；測量了光子晶體光纖中氧吸收強度與氧壓力的關係；氧磁共振信號在偏離角-2.5~+2.5度內明顯增強，順和逆時針方向偏離角的磁共振譜線不同，前者表現為透過增強，後者表現為吸收增強；使用反向偏振光泵浦導致光偏振面的旋轉，效果弱於採用磁場的情況；設計了一種用於光纖原子濾波器的環狀磁場； 2、實驗研究了空心光纖中的Rb，獲得Rb原子85Rb-A、-B和87Rb-a譜； 3、研究了一種消都卜勒增寬的實驗方法，通過增加一束控制光實現無交叉峰、共振峰信號增強，此方法可用於獲得激發態能級間隔小的原子系統高分辨光譜和雷射穩頻； 4、本研究編制一個通用程式，實現了不同磁場強度（弱磁場、中間場、強場條件）下FADOF濾波的理論計算、模擬，成功作了0.75T混合峰、0.005～0.02T翼峰Rb-FADOF、0.18T中間峰Na-FADOF和0.07T中間峰K-FADOF的理論計算，與實驗結果相一致； 5、實驗採用“先光信號放大後原子濾波”的方法，有效地放大原子濾波信號幾十倍、濾波線寬為～60－130 MHz，遠窄於FADOF的～GHz頻寬，並且具有單峰特性，通帶頻率可變；本研究成功演示了雙泡系統與單泡系統兩種喇曼光放大原子濾波方法，獲得兩項中國發明專利授權； 6、“Free-space quantum communication device using atomic filter”獲得美國專利授權；此方法將原子濾波方法首次用於量子通信系統，有效地抑制了自由空間通信中背景光噪聲； 7、本項目總計獲得：授權美國專利1項，授權中國發明專利2項，申請中國發明專利4項，發表研究論文2篇（SCI）。 本研究中遇到的問題及解決的方法：a）由於本項目使用的是未裝耦合頭的裸光纖（註：沒有商業可購買的帶耦合頭的空心光子晶體光纖），雷射入射光纖的耦合效率比較低僅僅～20％左右；加裝耦合頭會極大提高耦合效率；b）本項目使用的光子晶體光纖內孔經為6微米，而測量的DL-100雷射器的頻率掃描位移～5微米，因此會對獲得實驗造成一定的困難。如果使用VCSEL雷射器，其是電流掃描方式，能夠消除位移。