一、Analysis of MPN, MHN and Phase Noise of a Two-Mode Semiconductor Laser(论文文献综述)
黄彪[1](2021)在《连续变量量子密钥分发系统的安全性研究》文中提出连续变量量子密钥分发(Continuous-variable quantum key distribution,CVQKD)系统可以在公共信道中建立安全共享密钥。其中,基于高斯调制相干态的CVQKD系统仅需使用标准的光学器件就可以实现量子信号的制备和探测,并且与现有的光通信网络兼容,因此具有十分广阔的应用前景。近年来,为了解决传统CVQKD系统因本振光传输而引发的各种安全漏洞问题,一种基于本地本振光(Local local-oscillator,LLO)的CVQKD系统方案被提出,并且其可行性得到了广泛的研究。该方案通过发送参考脉冲向接收端提供量子信号相位补偿所需的相位漂移信息,并且使用接收端本地产生的本振光对量子信号进行相干探测,于是可以避免因本振光传输而引发的安全漏洞问题。然而,实际系统因光学器件的不完美特性而存在各种噪声,如激光器相位噪声、调制器量化噪声和光子泄漏噪声等,这些噪声因素都会降低系统的安全性。特别地,当参考脉冲在线路中传输时,窃听者可以通过“截获-转发”攻击来控制参考脉冲的相位变化,从而改变量子信号的相位补偿噪声特性并引发潜在的安全漏洞问题。为了提高LLO-CVQKD系统的实际安全性,本文围绕相位补偿噪声特性变化带来的安全问题展开以下几个方面的研究:一、在信道漂移比较稳定的环境中,信道漂移的估计误差将改变相位补偿噪声的零均值特性并造成均值漂移现象,而传统的相位补偿噪声模型忽略了均值漂移的影响,于是存在安全界限估计过高的问题。为了提高安全界限评估的准确性,本文改进了相位补偿噪声模型,从理论上分析了均值漂移与安全界限的变化关系,从而得到更加准确的安全界限。研究结果表明,改进的相位补偿噪声模型能够准确描述均值漂移对安全界限的影响,从而有效提高安全界限评估的准确性。二、实际环境的复杂性将改变信道漂移的慢变特性,使现有的信道漂移估计算法产生较大的估计误差,从而增加量子信号的相位补偿噪声,降低系统安全性。为了减小信道漂移对系统安全性的影响,本文结合相位搜索算法与线性插值算法来提高信道漂移的估计精度,并采用自回归模型来预测信道漂移的变化,缩小搜索范围和提高搜索效率。实验结果表明,改进的信道漂移估计算法能够高效准确地跟踪信道漂移变化,有效提高相位补偿精度和系统安全性。三、窃听者通过放大参考脉冲的相位噪声可降低接收端对激光器参考相位的估计精度,从而增加量子信号的相位补偿噪声,降低系统安全性。为了抵御参考脉冲相位噪声放大攻击,本文利用激光器相位漂移的低阶相关特性,分别采用滑动块平均法、滑动多项式拟合法和矢量卡尔曼滤波算法来提高参考相位估计的准确性、稳定性和实时性,并从理论上分析了算法的均方误差特性和最优估计性能。实验结果表明,改进的参考相位估计算法能够有效抵御参考脉冲相位噪声放大攻击,提高系统的实际安全性。四、窃听者通过放大量子信号的相位噪声可以降低合法通信方之间的互信息,从而降低系统安全性。然而,由于量子信号过于微弱,且相位噪声与其他系统噪声难以区分,因此接收端难以直接抑制量子信号的相位噪声。对此,本文通过监测参考脉冲和量子信号的相位噪声水平来评估相位噪声放大攻击的强度,从而提高系统对相位噪声放大攻击的监测能力。研究结果表明,基于训练数据插入和基于训练数据随机选取的量子信号相位噪声监测算法可以有效监测相位噪声水平和攻击强度,提高系统对此类攻击的监测能力。
王涛[2](2020)在《实际光纤系统中的本地本振连续变量量子密钥分发研究》文中进行了进一步梳理在信息化高度发达的当今社会,保障信息传输的安全性对于各个领域都至关重要。量子密钥分发协议因其理论安全性受到广泛关注,而基于相干态的连续变量量子密钥分发协议具有实际探测成本低,易集成化,易与经典光通信系统兼容等优势,成为量子密钥分发领域的重要研究方向之一。目前连续变量量子密钥分发协议在实际系统实现方面可采用随路本振方案和本地本振方案,后者具有排除本振光安全漏洞、易达到散粒噪声极限探测、系统结构简化等优点,近年来取得了快速发展。然而现阶段,该方案在实际系统中存在总体过噪声高导致实际性能受限、实际信道损伤导致密钥分发受阻、实际安全性问题并未完全解决等问题,阻碍了其实用化进程。本论文围绕实际光纤系统中的本地本振连续变量量子密钥分发展开,以光纤作为量子信号传输介质,对实际过噪声抑制、安全码率提升、载波恢复、偏振补偿和散粒噪声监控方案实际安全性进行研究和分析,推进本地本振系统实用化进程,并取得如下创新性成果:1.针对本地本振系统中量子信号在制备、传输和探测中总体过噪声高的问题,我们提出导频偏振复用方案抑制过噪声。该方案采用时分偏振复用技术隔离导频信号和量子信号降低串扰,并采用两套外差检测器分别探测两类信号降低量化噪声。通过构建通用噪声模型并从线宽容忍度等方面进行比较,展现该方案低过噪声特性。通过实验证实方案在实际光纤链路下过噪声能抑制到0.078,表明方案在15公里下具备554kbps密钥分发能力。该工作实现了过噪声抑制,为实际性能提升奠定基础。2.为了进一步提升本地本振系统的安全码率,我们提出了具备更高量子信号探测效率的零差检测导频偏振复用方案,并通过动态时延线调节波前达到时间以及二次相位补偿算法实现收发端高精度相位同步,同时对量子信号的调制方差等关键参数进行优化。最后利用分立器件搭建实验平台,证实了其在25公里标准单模光纤传输下可达3.14Mbps的安全码率。该工作相较于先前随路本振方案,其安全码率提升了3倍以上。3.针对本地本振系统中频率偏移和相位噪声造成量子信号在收发端相位无法同步的问题,我们针对同传协议和测量设备无关协议进行载波恢复研究。对于前者利用次方算法实现经典信号和量子信号的恢复,对于后者提出基于频域的频偏估计算法和基于互相关的相位估计算法实现相位同步。我们通过仿真验证方案可行性,并通过实验测试其在实际光纤链路下的载波恢复能力。该工作为协议在本地本振系统中实现铺平道路。4.针对实际光纤链路中随机双折射效应引起的量子信号偏振态动态偏离的问题,我们提出偏振补偿方案实现量子信号的恢复。该方案通过卡尔曼滤波算法估计量子信号偏振态的动态变化,进而实现量子信号和导频信号准确的偏振解复用。我们通过仿真分析该方案的偏振追踪能力和抗相位漂移能力,并通过实验表明该方案能够抵御1krad/s偏振旋转干扰,并具备20公里单模光纤下8.4kbps的密钥分发能力。该工作解决了量子信号偏振态动态偏离的问题,有助于实际系统长期自动化运行。5.针对散粒噪声监控在实际中不完美引入安全漏洞的问题,我们分析不完美对系统实际性能的影响进而弥补漏洞。我们计算在监控数据段长度有限和监控模块中器件参数有限的情况下的实际安全密钥界限,同时分析最优的监控段长度值以及器件参数范围。该工作保障了散粒噪声监控下实际系统的安全性,并指导了实际监控数据段长度和器件参数的选取。
杜威[3](2020)在《损耗容忍的量子增强型干涉仪》文中研究说明光学干涉仪已经成为世界上最灵敏的相位敏感器,日新月异的技术使得光学测量不再受限于技术噪声,取而代之的是光子本性的统计随机分布,即光子的散粒噪声。近年来,量子效应引入各种精密器件,将人类的测量极限精度突破到了一个新的高度。量子压缩和纠缠可通过改变光子的统计分布特性来降低光场噪声,是提高干涉仪测量精度的一种十分有效的方式。本文主要是在量子度量学这一大背景之下,利用热铷原子系综中的四波混频过程所产生的量子压缩光源,提升经典器件的测量灵敏度。本文将主要介绍以下四个方面的工作:1.我们在热85Rb原子系综中,实现了一种三维结构的四波混频。早期在热原子系综中已经被广泛应用的非简并四波混频结构,其两泵浦光共线且频率简并,导致产生的孪生光束频率非简并。频率非简并的孪生光束难以在传统的线性光学分束器上实现光学干涉,限制了这一类量子光源的实践应用。我们通过反转早期非简并四波混频的能级结构,令两泵浦光的频率非简并且方向不共线,实现了频率简并双模压缩光的发射。三维结构四波混频中的四束光场方向均不相同且频率可以控制,使我们拥有更高的自由度去调控输出的双模压缩光,最终我们利用频率简并的双模压缩光实现了PA+BS结构的光子关联干涉仪。2.我们实现了全光SU(1,1)干涉仪信号和噪声的同频段测量。全光SU(1,1)干涉仪是一种利用量子关联实现的非线性干涉仪,其结构类似于传统的马赫曾德尔干涉仪,但是其用于分束和合束的元件被替换成了基于四波混频过程的光学参量放大器。得益于光子关联的特性,其输出的信号场相对于经典干涉仪被无噪声放大,同等相敏场强下提高了相位测量的灵敏度。早期的研究工作,通过对信号和噪声分离的分析只是间接的证明SU(1,1)干涉仪量子提升的相位敏感度。我们建立了一套非线性干涉仪的相位锁定系统,实现了信号和噪声的同频段测量。并细致研究了相位灵敏度和光强的关系,测量到同等条件下相位灵敏度相对于线性干涉仪3.2dB的提升。这一套探测系统,第一次真正意义上实现全光SU(1,1)干涉仪对于微弱信号的直接测量。3.我们实现了基于SU(1,1)干涉,高绝对灵敏度、探测损耗容忍的量子提升相位测量。早期人们已经实验实现了量子提升敏感的SU(1,1)类型干涉仪,然而由于这种非线性干涉仪的相位敏感光场来源于量子光源,而产生大量的量子光场是极其困难的,因而难以实现高相位敏感光强的非线性干涉仪。当光子关联干涉仪的两个输入端口都是真空场时,其也可以被视为一种量子源。类似于传统的量子压缩光源,被用于降低系统的光学噪声提升相位灵敏度。我们利用这种量子源改善线性系统的光子分布,通过无噪声放大信号的方式提升线性系统的相位灵敏度。我们将一个马赫曾德尔干涉仪镶嵌在SU(1,1)干涉仪的一臂,通过线性干涉仪将高强度的信号编码于量子源之中实现对于线性干涉仪信号的无噪声放大。这一方案克服了非线性干涉仪由于通过量子光源产生相敏光场,所以相敏光子数低的问题。结合了线性干涉仪高相敏光强和非线性干涉仪量子提升的好处,我们的相敏光强相对于已有的工作提升了近100倍,同等条件下信噪比相对于经典干涉仪提升了2.2dB,实现了高绝对灵敏度量子提升的相位测量。由于实践操作运转干涉仪的过程中往往要忍受大量的探测损耗,得益于无噪声的信号放大,我们的系统对探测损耗并不敏感,这对于干涉仪的实践应用具有重要意义。4.我们理论上指出了基于SU(1,1)干涉的量子资源在两个正交分量上的任意比例分配。量子光源可用于改善经典光学仪器中光场的分布,从而提升测量灵敏度。光学干涉仪可用于敏感各种不同的物理量,最常见的两个是幅度和相位。在量子提升的经典干涉仪中,不管是量子场还是经典场均可被视为一种资源。合理的分配资源,将帮助我们优化想知道的物理量的测量精度。我们理论分析了各种类型量子提升敏感的干涉仪,比如说无噪声放大的线性干涉仪。我们详细讨论了参数的优化,通过分配量子源实现相位和振幅正交同时的量子提升敏感测量。或者投入所有的量子源到相位或者幅度,实现最优的相位或者幅度测量灵敏度。
牟仕浩[4](2020)在《芯片级CPT原子钟射频模块设计与实现》文中指出原子钟可以提供精确的时钟信息,传统的原子钟体积、重量、以及功耗较大,因为其微波谐振腔的存在,限制了原子钟小型化的发展,而芯片级CPT原子钟因为其小体积、低功耗、可微型化等优点,近年来越来越受到国内外的重视,在军事国防、通信、无人机、GPS导航以及微小卫星等领域仍然存在大体积和高功耗的问题,为解决此类需求,基于CPT原理的芯片级原子钟具有良好的发展前景。国外CPT原子钟起步较早技术较为领先,已有成熟产品问世,国内CPT原子钟研究发展较晚,国内尚无成熟产品问世,因此亟待在CPT原子钟研究上取得突破。CPT原子钟包括物理系统和电路系统两部分组成,电路系统是其中重要的组成部分,本文旨在研究电路系统中伺服环路的关键部分射频模块,射频模块采用锁相环频率合成技术具有低相噪低杂散的优点,设计产生3.417GHz射频信号,采用性能良好的温度补偿压控晶振,三阶无源环路滤波器,锁相环芯片ADF4351内置低相噪压控振荡器(V CO),利用STM32单片机对锁相环芯片进行配置以及实现输出频率的键控,在OLED上的实时显示,输出信号相位噪声优于-65dBc/Hz@100Hz,杂散抑制大于50dBc,并将所设计的射频模块与原子钟光学平台上VCSEL激光器相连接,采用半宽调制测试铷原子多普勒吸收峰,通过在不同温度下调节微波信号的功率找到其最佳工作点,为后续CPT信号测试以及频率锁定奠定基础。
段会涛[5](2020)在《高性能电荷泵锁相环研究与设计》文中研究指明信息量的与日俱增,对当前通信系统的传输速率和传输带宽提出更高的要求。因此,高速、宽频带频率综合技术得到广泛的研究与应用。常见的频率综合技术有直接频率合成、锁相环频率综合以及直接数字合成。与其他频率综合技术相比,锁相环频率综合器具有输出频率高、相位噪声低、电路结构简单等特点。而在现代光通信技术中,Ser Des收发系统离不开高性能锁相环。因此,锁相环的研究和设计依然拥有很高的研究价值和商业价值。本文基于40nm CMOS工艺,设计一款用于Ser Des收发芯片的高速、宽带电荷泵锁相环。锁相环采用整数分频器进行频率调控,输入180MHz的参考时钟,输出14.4~20.88GHz的时钟信号。设计中,针对传统开关式电荷泵以及压控振荡器两个关键模块进行优化设计,提高锁相环性能。电荷泵电路在源极开关的基础上加入复制支路和高增益满摆幅运算放大器,实现主支路和复制支路的精确匹配,工作电压范围内静态失配电流小于0.1%。在瞬态过程中,通过添加Dummy开关将瞬态失配控制在较小值。VCO基于电感电容式压控振荡器,采用二进制控制开关电容阵列,拓宽环路输出信号的调频范围,加入旁路滤波电路优化噪声性能,引入尾电流源控制电路功耗,抑制工艺与温度对工作电流的影响。中心频率10MHz频偏处,VCO的相位噪声小于-114.66d Bc/Hz。锁相环其他电路模块中,分频器采用高速CML分频器与低速可编程分频器结合的方式,用于高速时钟信号的分频,实现64~126的连续整数分频,采用同步触发器校准可编程分频器多级延时,降低分频器相位噪声和时钟抖动。采用三态PFD结构,拓宽鉴相范围,且鉴相性能不受输入信号占空比的限制。后仿真结果表明,在所有工艺角下,锁相环均能正常工作。在tt工艺角下,锁相环功耗小于32m W,锁定时间小于400ns。锁相环环路相位噪声小于-109d Bc/Hz@18GHz@1MHz,同时,中心频率处的参考杂散小于-56.7d Bc。锁相环整体版图面积为480μm×480μm。
石梦悦[6](2020)在《基于光纤中SBS效应的高性能微波信号生成及滤波研究》文中提出光子具有低传输损耗、宽带宽、抗电磁干扰的优点,近几年常常被用于微波信号的生成与处理,微波光子学应运而生。基于微波光子学的微波信号生成及处理,可以应用于通信、雷达、传感、成像和卫星通信等领域,因此,近几年受到大家广泛的研究关注。微波光子学是将微波信号调制到光域,进行采样、变频、整形等处理后,再转换为电信号输出。微波光子学技术可以实现具有高频率、低相位噪声的微波信号及大时间带宽积的扫频信号生成,并且可以实现信号的长距离传输,降低传输成本,以解决电信号存在的损耗大、传输距离短、频率及带宽有限、电子干扰等问题。同时,微波光子技术可以实现以相对简单的系统,实现对高频率微波信号的快速处理,降低了高频电信号处理的成本及复杂度。其中,单频及多频微波信号的生成,应用于信号传输的本振信号、信号的上下变频、传输及传感等方面尤为重要,但现有方案生成的微波信号的频率调节灵活性、频谱纯度、相位噪声等性能仍有待提升。微波光子滤波器作为高频宽带信号处理的关键器件,其滚降曲线、抑制比等性能直接决定滤波后信号的信噪比。因此,优化微波信号发生器及微波光子滤波器性能,对于完善微波光子系统,提升高频信号生成及处理技术,具有重要的研究价值。受激布里渊散射效应(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)具有低阈值、高增益的特点,产生的布里渊增益谱带宽窄、中心频率可灵活调谐,作为光电振荡器的选模器,可大大提升生成微波信号的频率调谐灵敏度。通过扫频泵浦的方式对SBS增益谱进行叠加展宽,可用于设计带宽及形状可编程的微波光子滤波器,在微波光子学领域具有广泛的应用前景。本文利用SBS,针对微波信号及微波光子滤波器的性能提升问题,展开一系列的理论分析及系统性的实验验证,具体内容包括:1.兼具低相噪、高频率调节灵活性的布里渊光电振荡器设计针对高频、高频率调节精度、高频谱纯度和低相位噪声的微波信号生成问题,文本提出采用具有高Q值的光电振荡器(Optoelectronic Oscillator,OEO)以SBS窄带增益谱作为OEO的选模滤波器,通过控制SBS的泵浦波长,实现生成微波信号频率的灵活调节。采用一个高稳定的激光器输出同时作为SBS频移的调制载波与OEO振荡环路载波,通过窄带光滤波器选择相位外调制后不同的高阶边带,作为SBS的泵浦,通过改变调制器驱动电信号的频率及边带阶数,可以实现所产生电信号频率的宽范围、高精度调节。实验获得了频率调谐分辨率为10 MHz,调谐范围高达40 GHz的微波信号,这是目前利用SBS实现的具有最高频率调谐精度的OEO系统。不同频率下,生成的微波信号保持单模的特性,在100 k Hz偏移频率下,单边带相位噪声低于-120 d Bc/Hz,低于现阶段商用微波源10 d B以上,并通过实验分析了系统有源器件是引入噪声的主要因素。本方案验证了基于SBS的OEO生成具有超低相位噪声的微波信号的可行性,并为分析和降低OEO系统噪声提供指导。2.结合光注入锁定及光锁相技术的高稳定布里渊光电振荡器方案为解决传统微波信号生成向高频发展的电子瓶颈问题,采用基于受激布里渊技术的光电振荡原理,创新地结合光频梳技术、注入锁定技术和光锁相技术,实现任意高频可调谐的高稳定、超低相噪的微波信号生成。本课题采用级联的强度相位调制产生光频率梳,将从激光器的输出注入锁定在上述某一支外调制的高阶边带后,作为SBS的泵浦,保障高边带抑制比的同时,可以提供充足的泵浦功率,通过调节驱动电信号的频率,并选择不同阶边带进行注入锁定,验证了频率调节范围为40 GHz,调节精度达8 MHz的微波信号生成,采用双环的架构保证了单一的模式振荡,实现60 d B以上的边模抑制比,并在不同频率下,保持超低的相位噪声。由于泵浦信号和环路载波是相干的,一定程度上避免了激光器差异引入的额外频率噪声,通过采用具有更宽响应带宽的器件,生成信号保持高性能的同时,信号频率可以扩展到毫米波波段。在上述研究的基础上,本文提出了OEO结合光锁相环的方案,补偿环境温度及抖动引入的频率漂移,以一个5.8 GHz的微波信号为例,与自由振荡条件下相比,在0.1 Hz偏移频率下,信号的单边带相位噪声从40 d Bc/Hz降低到-10 d Bc/Hz。相位锁定后OEO生成的微波信号,在1小时内的频率波动低于5 Hz,而在自由振荡情况下,该波动量为8 k Hz,频率稳定性提高了1600倍,该方案大大提升了信号的长期稳定性,为布里渊OEO的实用化奠定基础。3.双频可独立调节的布里渊光电振荡器设计双频微波信号在信号变频、传感等方面的应用,对信号的频率调谐性及稳定性提出更高的要求。为解决双频光电振荡器的模式竞争问题,保证低相噪的同时,提升信号频率的调节灵活性,本文采用注入锁定和偏振复用技术,结合SBS的灵活调谐性,生成双频可独立调谐的高稳定超低相噪的微波信号。实验采用级联的强度相位调制生成光频梳,将两个从激光器分别注入锁定到光频梳的不同边带后,输出信号作为SBS的泵浦,并引入正交的偏振复用调制,实现在同一个OEO振荡环路中,两个不同模式的微波信号生成。该方案打破了环路的模式竞争,产生了频率在40 GHz范围内的双频微波信号,生成信号可以以10 MHz精度进行独立地频率调节,不同频率下二者的相位噪声基本一致,10 k Hz频率偏移处,单边带相位噪声约为-116 d Bc/Hz,保证了高频谱纯度与低相位噪声。4.基于扫频泵浦的布里渊微波光子滤波器设计针对传统电滤波器存在频率调节性有限,滚降曲线不理想的问题,本文设计带宽形状可高精度调谐,具有低带内抖动,完美滚降曲线的微波光子滤波器,以满足通信过程中的信号整形及滤波需求。本文研究了在扫频电信号的驱动下,采用载波抑制单边带调制的方案,通过扩宽SBS的泵浦,进而扩展SBS的增益谱,实现增益型微波光子滤波器的生成。通过引入数字反馈控制电信号的方法,将滤波器的带内抖动抑制在2 d B以内,并通过对泵浦中心波长及带宽的控制,实现对SBS滤波器的数字化灵活控制,获得了带宽为2 GHz内,中心波长可灵活调谐的微波光子滤波器。进一步地,本研究实验分析了扫频泵浦周期对滤波器性能及数字信号传输质量的影响,为基于扫频泵浦的SBS滤波器方案配置,提供了理论支持。为提升SBS的泵浦功率效率,本文采用相位调制的方案检测SBS的增益谱,同时测量SBS的强度及相位信息,实现了抑制比提升的微波光子滤波器设计,并引入色散补偿模块,避免色散引入噪声,通过偏振态及色散控制,可以实现滤波器波形的简单控制,为SBS滤波器的波形控制提供新的方法。本文提出的基于SBS的OEO,解决了频率调节灵活性问题,并大大提升了信号频率的长期稳定性;基于SBS的微波光子滤波器,保证中心波长及带宽灵活配置的基础上,分析了扫频周期配置及抑制比提升方案;进一步地,本文还提出了OEO和微波光子滤波器的实用化研究方向。可见,SBS在微波光子学领域的应用具有极大的潜力,值得我们进行更加深入的研究,以满足现代科技发展的需求。
贾俊[7](2019)在《基于热Rb原子系统频率简并双模压缩光的制备与应用》文中研究说明量子力学和精密测量的结合(量子度量学)是近些年迅速发展的新兴研究领域,一方面,量子力学的各种神奇特性会致使我们的测量结果存在不确定性,并限定出位相测量的标准量子极限,然而,另一方面量子力学同时为我们针对这一问题提供了解决方法,例如可以突破经典关联的量子纠缠态。我们可以通过让纠缠态彼此发生量子干涉的方法来消除量子关联噪声,同时提升我们对物理量测量的信噪比。在我们的研究论文当中,我们描述了基于原子四波混频的简并纠缠光源的制备过程,同时详细阐述了利用量子纠缠光源组合成SU(1,1)量子干涉仪来消除量子关联噪声的方案。我们首先通过利用85Rb原子参量放大制备频率非简并双模压缩光场的机制,将入射信号光场分成两束量子关联的孪生光束,之后再用第二个参量放大器将关联光束合束完成新型的非线性SU(1,1)量子干涉仪。不同与经典的线性干涉仪,例如马赫曾德干涉仪,SU(1,1)干涉仪可以通过对纠缠光源进行量子干涉操作从而消去光场的散粒噪声,并通过参量放大过程放大干涉仪中的位相信号,即通过运用此量子干涉仪我们可以放大相位信号但是不放大量子噪声噪声的方式来提升干涉仪信噪比,我们通过在实验中对SU(1,1)一路干涉臂模拟相位调制信号,测量到其相对于经典马赫曾德干涉仪3dB的绝对灵敏度提升。第二个主要工作是研究原子系统的参量放大过程,不同于过去的双非简并四波混频方法,我们原创性的提出一种双泵浦激发原子团的相位匹配构型,通过控制激发原子团的两束泵浦场频率失谐,我们可以制备出频率简并或者非简并的双模纠缠光场,并且在实验中实现7dB频率非简并(约6GHz)以及近3dB频率简并的双模压缩光场(接近0Hz)。论文详细分析了频率简并双模光场的物理机制,之后通过降低泵浦场相位噪声的方法提升纠缠源的压缩度,并尝试使用光泵浦的方法改善热原子在能级中的布局,并借此方法改变四波混频非线性过程的增益和量子纠缠度。最后我们提出一种基于简并双模压缩光场的新型量子非线性干涉仪,并在理论上对其进行了信噪比分析。
侯玉斌[8](2018)在《面向前沿应用的新型全石英光纤分布式布拉格反射单频激光器研究》文中研究表明作为人类科技进步的重要见证者,激光器从诞生伊始就始终参与到前沿应用之中。从世界上最精密的干涉仪“LIGO”到世界上最精准的钟“锶原子光晶格钟”,这些前沿应用中更是不乏单频激光器的身影。作为线宽最窄,噪声最低的一种激光器,单频光纤激光器更是在激光雷达,原子分子物理,太赫兹产生,微波光子学,量子光学,相干通信等前沿领域具有十分重要的应用价值。不同的应用领域对单频光纤激光器提出了各自独特的性能指标要求,比如激光雷达领域多需要脉冲形式输出的单频光纤激光器,对于单频线宽的要求相对较低;引力波探测以及原子分子物理领域往往对单频激光的线宽和噪声要求更高,但并不需要脉冲输出;太赫兹以及微波光子学领域则更在意不同波长单频之间的相位关系。目前主流的商业化单频光纤激光器多采用分布式布拉格反射(distributed Bragg reflector,DBR)结构和分布式反馈(distributed feedback,DFB)结构,这两类单频光纤激光器结构紧凑,可以实现稳定的kHz线宽单频激光输出。但商用产品提供的功能和参数相对单一,很难同时满足复杂多样的应用需求。本课题致力于研究更加通用可靠的单频光纤激光器,以满足不同的前沿应用需求。DBR结构的单频光纤激光器具有结构更简单,通用性更好,能量转换效率更高等特点,因此采用该结构来实现单频光纤激光器。相较于商用DBR单频光纤激光器中采用特殊的高掺杂,低熔点的软玻璃作为增益介质,本文主要采用商用石英掺杂光纤作为增益介质,尽管可能会出现自脉冲以及增益不足等问题,但是该光纤不存在软玻璃光纤与石英光纤熔接温度不同的问题,并且可从市场中购得,因此全石英结构的DBR单频光纤激光器机械稳定性和热稳定性更佳,环境适应性更好,实现方式更简便。在此基础之上,本文又分别对低噪声,脉冲以及双波长单频光纤激光器进行研究,以满足不同前沿领域的应用需求。本论文的具体研究工作主要分为以下几个方面:1.DBR单频光纤激光器理论分析及核心器件设计制备分析不同掺杂粒子在石英光纤中的谱线特性,选择合适的增益光纤以及泵浦方式,实现尽可能高的增益。通过对自脉冲的起源分析可知,驰豫振荡在其中扮演十分重要的作用。建立速率方程求解驰豫振荡过程中光子数随时间的变化关系,对比关系式中各类参数可知,提高腔内光子寿命以及泵浦功率可以抑制驰豫振荡的强度,从根本上抑制自脉冲产生。针对这一结论,利用光纤光栅反射光谱仿真模型,在保证单纵模运转的情况下,可模拟出用于输出耦合的光纤光栅反射率最高为85%90%,结合反射率为99%的高反光纤光栅,可在最大程度上抑制自脉冲的发生,实现稳定连续的单频光纤激光器。2.应用于引力波探测的全石英光纤连续DBR单频激光器采用优化参数后制备的不同波段的光纤光栅,最终分别实现了1μm,1.5μm以及2μm波段稳定连续的单频光纤激光器,所有波段的单频光纤激光器均未出现自脉冲现象,这也在实验上证实了以上结论。不同波段的单频光纤激光器中采用的增益光纤均为普通商用石英掺杂光纤,尽管增益相对较低,但是结合自主刻写的低损耗光纤光栅,依然可实现激光发射,所有波段的单频线宽均小于10kHz。与国外课题组合作,研发用于新一代引力波探测的高功率2μm单频光纤激光器样机,已在实验室条件下实现了160W的单频激光输出,线宽小于10kHz,并在国外搭建起一套5W的2μm单频光纤激光器用于前期的测试。3.应用于高精度探测的高功率低噪声单频光纤激光器分析单频光纤激光器强度噪声,频率噪声的来源与特性,利用无源光学反馈回路对已有的单频光纤激光器强度噪声,频率噪声进行抑制,压缩激光线宽。其中相对强度噪声的驰豫振荡强度从-99.9dB/Hz@993kHz降低至-119.4dB/Hz@192kHz,频率噪声强度在10kHz到100kHz范围内降低了30dB,激光线宽从3.96kHz压缩至540Hz。在经光纤放大器放大至10W后,强度噪声,频率噪声没有明显升高,激光线宽依然小于1kHz。4.应用于激光雷达的一体化增益开关单频光纤激光器利用增益开关技术实现重频可调的一体化脉冲单频光纤激光器。采用电调制的975nm单模半导体激光器作为泵浦源,输出泵浦同时具有脉冲成分和直流成分,直流部分的功率略低于激光器阈值,以此来减少对脉冲泵浦能量的要求,因此该激光器可以实现低泵浦功率下的脉冲单频激光输出,输出脉宽150ns,激光线宽14MHz,依据外部触发信号可实现重频从10kHz到400kHz调谐。5.应用于高频微波产生的保偏双波长单频光纤激光器采用保偏叠印光纤布拉格光栅作为双波长选择器件,可在同一光纤激光器中同时输出双波长单频激光。两个纵模具有相同的偏振态,偏振消光比大于20dB,两者的光谱强度相同,光谱信噪比大于60dB。在同一谐振腔内经历相同的路径和光程,两个纵模将具有很好的相干性以及相同的噪声成分,拍频过程中相同的噪声成分会被抵消,由此产生低相位噪声和高稳定性的微波信号,微波信号的中心频率为28.4474GHz,频谱信噪比高于65dB,频谱信号线宽500Hz,一个小时内频率波动的标准偏差为58.592 kHz。
付骏伟[9](2017)在《半导体FP激光器模式分配噪声研究及其在短距离应用下的优化设计》文中认为光纤传输技术已经在宽带通信网络中应用了数十年,互联网流量和多媒体应用的爆炸性增长导致用户对通信带宽需求的不断增长。同时,对于光纤链路中光源的尺寸、功率和成本要求更加严格。在电信领域,GPON已经成为消除最后一公里带宽瓶颈的领先光接入技术之一。另一方面,由于数据密集型应用的数据量的爆发式增长,数据中心网络也面临着新的挑战。光纤通道技术委员会提出的应用于计算机之间光互连的光纤通道协议是新的解决方案,该方案利用光纤实现了极高速率的数据传输。此外,有源光缆技术在不改变传统电气接口的前提下,利用光通信的高速、稳定、无干扰的优势,实现了低成本高速率的信号传输。在这些成本敏感的应用中,迫切的需要一个高性价比的光源解决方案。相比于成本较高的DFB激光器,简单低成本的多纵模FP激光器是更合适的光源。然而,由于相对较大的频谱宽度和固有的模式分配噪声,FP激光器通常被限制在相对较低速率的应用中。目前还没有较好的低成本降低模式分配噪声的方法。本论文以降低模式分配噪声功率代价为着眼点,对于模式分配噪声性质展开了深入研究。本文的研究成果和贡献主要有如下几个方面:(1)归纳了用于表征模式分配噪声的四种方式以及其优缺点,概括了已知的模式分配噪声的性质,总结了迄今为止几种常用的降低模式分配噪声的方法。为模式分配噪声的研究提供了理论依据。(2)提出采用多模量子阱速率方程和宽带行波模型作为激光器数值仿真模型,并结合光纤和接收机模型,建立了一套完善的光纤链路模型体系,实现了光信号发射、传输和接收的整个物理过程的仿真。并且,将光纤链路模型和表征模式分配噪声的概率分布法、k因子结合起来,为模式分配噪声的研究提供了数值仿真基础。(3)利用数值模型,一方面对量子阱多模激光器的非线性增益系数与模式分配噪声的关系进行了研究。研究结果表明增大自饱和增益可以有效的抑制模式分配噪声;非对称交叉饱和增益可以改变光谱形状,但其对模式分配噪声的影响弱于自饱和效应。另一方面,研究了在给定输出光谱谱宽的情况下,激光器纵模的数目对模式分配噪声的影响;以及在相同纵模数目的情况下,输出光谱谱宽和模式分配噪声的关系。(4)基于模式分配噪声性质的研究,提出了一种内置带通滤波器的窄谱宽的FP激光器,可以显着地压窄激光器光谱宽度来降低模式分配噪声功率代价。设计器件是在脊波导FP激光器的一端引入一个宽脊区。宽脊区的等效折射率要高于窄脊区,于是在宽脊区形成了一个新的FP腔。利用新的FP腔的反射谱的带通特性,实现了光谱的压窄。从过渡区的引入、宽脊区长度以及窄脊区长度等方面对设计器件进行了优化,并得到了最佳的设计参数。利用系统链路模型仿真了优化后的器件的芯片级和系统级的性能。结果表明,相比于传统FP激光器,设计器件具有更窄的谱宽和更低的模式分配噪声功率代价,其最大传输距离是传统FP激光器的两倍。(5)对设计器件的制作工艺进行了实验研究。在常规的脊波导FP激光器制作工艺基础上,仅仅在标准光刻工艺中替换一块掩膜板就实现了设计器件的制作。设计器件的制作不会引入额外的工艺流程,可以极大的降低器件成本。(6)基于优化得到的最佳器件参数,制作了所设计的窄谱宽1310 nm InAlGaAs/InP多量子阱脊波导FP激光器,并从实验上研究了过渡区、宽脊区长度对其性能的影响以及双电极调节的方法。最后,比较了同一块晶片上制作得到的设计器件与传统FP激光器。设计器件的均方根谱宽是传统FP激光器的一半,并且其传输特性明显优于传统FP激光器。因此,本文提出的低成本窄光谱宽度FP激光器有望应用于高速短距离应用中。
黄端[10](2017)在《光纤中连续变量量子密钥分发实验研究》文中认为量子密钥分发是量子信息技术的重要研究方向之一。实验上,研究人员能够基于离散变量量子态或者连续变量量子态实现量子密钥分发。其中,基于连续变量的量子密钥分发理论上能够实现较大的密钥生成率,且与现有相干光通信紧密结合,容易融入传统光纤网络。现阶段,连续变量量子密钥分发协议的理论安全性已被严格证明,但是系统实验可实现的安全距离仍较短(小于80公里)、密钥率不高(小于10 kbps),且基于连续变量量子密钥分发的实地网络还没有得到验证。因此,从理论上分析连续变量量子密钥分发中限制系统性能的原因,并在实验上解决这些问题将使连续变量量子密钥分发与实际应用结合更加紧密。本论文研究了与连续变量量子密钥分发实验相关的理论与技术问题,在实验研究方面取得了如下创新性成果:1.研制了超高灵敏度和高带宽、达到散粒噪声极限的平衡零差探测器。针对100公里以上的连续变量量子密钥分发中本振光发射光功率有限的情况,本文研制的超高灵敏度平衡零差探测器能有效降低对本振光的需求,从而在远距离光纤接收端实现对量子信号的散粒噪声极限探测。相较于国内外已报道的同类最先进的探测器,在关键指标散粒噪声与电噪声比值方面高出一个数量级。并且,该探测器具有光子数分辨能力。本文研制的高带宽平衡零差探测器能保证在1 GHz电谱宽度范围内达到散粒噪声极限,该关键指标优于国内外已报道的同类最先进的探测器。2.首次实验实现了安全距离超过100公里的连续变量量子密钥分发,该安全距离是现阶段连续变量量子密钥分发最长记录。由于连续变量量子密钥分发中安全距离主要受限于过噪声,本论文远距离实验针对过噪声进行分析和控制,并结合了多种技术方案,如高灵敏度平衡零差探测、高精度相位补偿、高效率纠错协商等。安全性方面,在基于统计数据不确定性框架内讨论有限长效应时,安全距离达到150公里。相较于已报道的法国研究组的最前沿工作[Nat.Photonics 7,378(2013)],本文的研究工作在安全距离参数上有将近一倍的提升。3.首次实验实现了50 MHz连续变量量子密钥分发,该重复频率也是现阶段连续变量量子密钥分发集成工程系统最快纪录。连续变量量子密钥分发重复频率主要受限于探测器带宽,单位脉冲生成密钥率主要受限于过噪声。该实验利用高速探测器、高速高效率协商算法等技术方案,从而提升系统的重复频率。同时本文对过噪声在波分复用环境下的情况进行分析和控制,以提高系统最终密钥率。如果考虑有限长效应安全性,安全距离为25公里时安全密钥率能达到1 Mbps。相较于国内外同行工作,本文的研究工作在安全密钥率参数上提升两个数量级。4.首次实验实现了本地生成本振光的100 MHz单路连续变量量子密钥分发,并实验实现了本地本振往返式双相位调制连续变量量子密钥分发方案。现阶段,绝大部分系统实际安全漏洞都集中于需要传输的本振光。而本文提出的单路连续变量量子密钥分发中,接收端生成的本地本振能抵御已报道的关于本振光的攻击,因而具有更强的实际安全性。同时,针对单路本振本地生成实验中的技术难点—必须同时使用两台高频率稳定度的激光器,本文的研究工作对此提出改进方案,通过往返式的量子密钥分发结构,在保证高斯方案安全性的前提下,采用双相位调制技术实现单激光器本地本振连续变量量子密钥分发。5.首次实地验证了连续变量量子密钥分发网络。本文的研究工作依托上海交通大学校园网,在闵行、徐家汇、法华、七宝四个校区展开实地验证所部署的连续变量量子密钥分发网络。本文的研究工作分析了实地环境对连续变量量子密钥分发过噪声的影响,并提出了改进方案。
二、Analysis of MPN, MHN and Phase Noise of a Two-Mode Semiconductor Laser(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Analysis of MPN, MHN and Phase Noise of a Two-Mode Semiconductor Laser(论文提纲范文)
(1)连续变量量子密钥分发系统的安全性研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状与发展动态 |
1.3 研究内容与技术路线 |
1.4 论文结构安排 |
第二章 连续变量量子密钥分发基础理论 |
2.1 量子光学基础 |
2.1.1 量子力学系统与量子态 |
2.1.2 量子化光场与相干态 |
2.2 量子信息论基础 |
2.2.1 香农信息论 |
2.2.2 量子信息论 |
2.3 高斯调制相干态协议 |
2.3.1 协议描述 |
2.3.2 探测原理 |
2.4 实际安全性研究理论 |
2.4.1 安全性评估原理 |
2.4.2 安全性分析理论 |
2.5 本章小结 |
第三章 相位补偿噪声分析和模型改进 |
3.1 引言 |
3.2 系统描述和噪声分析 |
3.2.1 系统工作原理 |
3.2.2 相位补偿噪声分析 |
3.3 相位补偿噪声模型改进 |
3.3.1 改进模型描述 |
3.3.2 安全界限理论分析 |
3.3.3 仿真实验和分析 |
3.4 改进模型的应用 |
3.5 本章小结 |
第四章 时变慢漂移的相位补偿技术研究 |
4.1 引言 |
4.2 相位补偿方案描述 |
4.3 慢漂移估计与补偿 |
4.3.1 现有算法介绍 |
4.3.2 相位搜索算法 |
4.3.3 线性插值补偿 |
4.3.4 安全界限分析 |
4.4 性能仿真和分析 |
4.5 实验设计和验证 |
4.5.1 实验系统搭建 |
4.5.2 数据处理和分析 |
4.6 本章小结 |
第五章 参考相位估计技术研究 |
5.1 引言 |
5.2 激光器相位漂移模型 |
5.3 基于滑动窗口的相位估计算法 |
5.3.1 滑动块平均法 |
5.3.2 滑动多项式拟合 |
5.3.3 性能仿真和分析 |
5.3.4 小结 |
5.4 矢量卡尔曼滤波算法 |
5.4.1 信号模型改进 |
5.4.2 迭代算法描述 |
5.4.3 性能仿真和分析 |
5.4.4 小结 |
5.5 实验设计和验证 |
5.5.1 相位漂移测量实验 |
5.5.2 系统实验和分析 |
5.6 本章小结 |
第六章 相位噪声攻击的监测技术研究 |
6.1 引言 |
6.2 攻击原理和安全性分析 |
6.2.1 攻击原理 |
6.2.2 安全性分析 |
6.3 相位噪声攻击的监测方案 |
6.3.1 参考脉冲相位噪声监测 |
6.3.2 量子信号相位噪声监测 |
6.3.3 相位噪声攻击监测 |
6.4 仿真实验和分析 |
6.5 本章小结 |
第七章 全文总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.1.1 工作总结 |
7.1.2 主要贡献和创新点 |
7.2 工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
(2)实际光纤系统中的本地本振连续变量量子密钥分发研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要缩略词对照表 |
第一章 绪论 |
1.1 量子密钥分发概述 |
1.2 连续变量量子密钥分发介绍 |
1.2.1 基于相干态CVQKD协议研究进展 |
1.2.2 基于相干态CVQKD实验研究进展 |
1.2.3 随路本振方案与本地本振方案实用化分析 |
1.3 论文的主要工作和章节安排 |
第二章 本地本振连续变量量子密钥分发基础 |
2.1 量子光学基础 |
2.1.1 光场量子化 |
2.1.2 高斯态 |
2.1.3 高斯操作 |
2.1.4 相干检测 |
2.2 信息论基础 |
2.2.1 经典信息论 |
2.2.2 量子信息论 |
2.3 连续变量量子密钥分发协议基础 |
2.3.1 GMCS-CVQKD协议 |
2.3.2 DMCS-CVQKD协议 |
2.3.3 CV-MDI-QKD协议 |
2.4 本地本振方案实现基础 |
2.4.1 本地本振方案实际系统模型 |
2.4.2 本地本振方案相干检测原理 |
2.4.3 本地本振方案实际问题及影响 |
2.5 本章小结 |
第三章 本地本振连续变量量子密钥分发过噪声抑制研究 |
3.1 研究背景 |
3.2 总体方案介绍 |
3.2.1 已有本地本振方案 |
3.2.2 导频偏振复用方案 |
3.3 本地本振噪声模型 |
3.3.1 相位噪声 |
3.3.2 调制噪声 |
3.3.3 光子泄漏噪声 |
3.3.4 量化噪声 |
3.4 性能仿真分析 |
3.4.1 过噪声分析 |
3.4.2 密钥率分析 |
3.5 原理实验验证 |
3.5.1 实验设计 |
3.5.2 相位噪声测试 |
3.5.3 过噪声测试 |
3.5.4 密钥率评估 |
3.6 本章小结 |
第四章 本地本振连续变量量子密钥分发高码率研究 |
4.1 研究背景 |
4.2 总体方案介绍 |
4.2.1 光路设计 |
4.2.2 信号采集和处理方案 |
4.3 参数设定分析 |
4.3.1 过噪声模型 |
4.3.2 最优调制方差分析 |
4.3.3 导频信号强度分析 |
4.3.4 散粒噪声与电噪声比值分析 |
4.4 原理实验验证 |
4.5 本章小结 |
第五章 本地本振连续变量量子密钥分发载波恢复研究 |
5.1 研究背景 |
5.2 SQCC协议载波恢复研究 |
5.2.1 本地本振SQCC实际实现 |
5.2.2 SQCC载波恢复方案 |
5.2.3 SQCC协议噪声分析 |
5.2.4 SQCC协议性能分析 |
5.3 CV-MDI-QKD协议载波恢复研究 |
5.3.1 本地本振CV-MDI-QKD实际实现 |
5.3.2 CV-MDI-QKD载波恢复方案 |
5.3.3 CV-MDI-QKD协议性能分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 本地本振连续变量量子密钥分发偏振补偿研究 |
6.1 研究背景 |
6.2 总体方案介绍 |
6.2.1 CVQKD光路方案 |
6.2.2 卡尔曼滤波偏振补偿方案 |
6.2.3 二次相位补偿方案 |
6.3 性能仿真分析 |
6.3.1 过程模拟 |
6.3.2 偏振追踪分析 |
6.3.3 相位漂移分析 |
6.4 原理实验验证 |
6.5 本章小结 |
第七章 散粒噪声监控下连续变量量子密钥分发性能分析 |
7.1 研究背景 |
7.2 实时散粒噪声监控方案介绍 |
7.3 监控数据段长度分析 |
7.3.1 实时监控下的参数评估过程 |
7.3.2 最优监控数据段长度分析 |
7.4 监控器件实际参数分析 |
7.4.1 插入损耗影响分析 |
7.4.2 消光比影响分析 |
7.5 本章小结 |
第八章 全文总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间学术成果目录 |
(3)损耗容忍的量子增强型干涉仪(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 光场的连续变量与压缩光 |
1.2 量子增强的相位精密测量 |
1.2.1 基于光子关联的量子干涉 |
1.2.2 损耗容忍的量子测量 |
1.2.3 多参量联合测量的量子度量学 |
1.3 本论文的创新点和主要内容 |
第二章 光场的量子化与探测理论 |
2.1 相干态及粒子数表象 |
2.2 正交算符和相空间表象 |
2.2.1 正交算符 |
2.2.2 相空间表象 |
2.3 压缩态 |
2.3.1 单模压缩态 |
2.3.2 双模压缩态 |
2.4 光的探测理论 |
2.4.1 量子效率 |
2.4.2 电流转化电压 |
2.4.3 分离低频和高频信号 |
2.4.4 强度探测 |
2.4.5 平衡零拍探测 |
2.5 本章小结 |
第三章 三维结构的四波混频与光子关联干涉仪 |
3.1 基于热铷原子系综的四波混频 |
3.1.1 基础理论 |
3.2 光学放大器 |
3.2.1 相位不敏感放大器 |
3.2.2 相位敏感放大器 |
3.3 相位匹配条件 |
3.4 三维结构的四波混频与关联光束的发射 |
3.4.1 三维结构四波混频的相位匹配条件 |
3.4.2 三维结构四波混频的实验实现 |
3.4.3 三维结构四波混频的实验结果 |
3.5 频率简并的双模压缩光和光子关联干涉仪 |
3.5.1 频率简并双模压缩光的实验准备 |
3.5.2 频率简并双模压缩光的强度差压缩 |
3.5.3 PA+BS结构非线性干涉仪 |
3.6 本章小结 |
第四章 SU(1,1)干涉仪及信号测量 |
4.1 背景介绍 |
4.1.1 线性干涉仪——标准量子极限 |
4.1.2 非线性SU(1,1)干涉仪 |
4.2 SU(1,1)干涉仪的信号和噪声分析 |
4.2.1 信号测量 |
4.2.2 噪声测量 |
4.3 SU(1,1)干涉仪的绝对灵敏度评估 |
4.3.1 SU(1,1)干涉仪的绝对灵敏度评估的实验装置 |
4.3.2 SU(1,1)干涉仪的绝对灵敏度评估的实验结果 |
4.4 本章小结 |
第五章 损耗容忍的光量子关联干涉仪 |
5.1 研究背景 |
5.2 量子提升线性干涉仪的理论研究 |
5.2.1 单模压缩光线性干涉仪 |
5.2.2 镶嵌式SU(2)-SU(1,1)混合干涉仪 |
5.3 镶嵌式SU(2)-SU(1,1)混合干涉仪——量子态的演化 |
5.4 镶嵌式SU(2)-SU(1,1)混合干涉仪的实验结果 |
5.5 本章小结 |
第六章 多参量联合测量——最优的量子资源分配 |
6.1 研究背景 |
6.2 正交测量和线性干涉仪 |
6.2.1 直接的正交相位测量 |
6.2.2 线性干涉仪的正交测量 |
6.3 量子提升的多参量联合测量 |
6.3.1 量子稠密度量 |
6.3.2 非简并SU(1,1)干涉的量子稠密度量 |
6.3.3 简并SU(1,1)干涉的量子稠密度量 |
6.4 本章小结 |
第七章 总结和展望 |
参考文献 |
致谢 |
博士期间论文及会议 |
(4)芯片级CPT原子钟射频模块设计与实现(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 课题背景及意义 |
1.2 芯片原子钟的国内外研究概况 |
1.2.1 国内研究现状 |
1.2.2 国外研究现状 |
1.3 频率合成技术的主要方法 |
1.4 锁相倍频信号源国内外研究现状 |
1.5 本文的主要内容 |
2 锁相环频率合成技术基本理论 |
2.1 锁相环路的基本特性 |
2.1.1 窄带滤波特性 |
2.1.2 自动跟踪特性 |
2.2 锁相环路的组成 |
2.2.1 鉴频鉴相器 |
2.2.2 环路滤波器 |
2.2.3 压控振荡器(VCO) |
2.3 锁相环路的性能 |
2.3.1 锁相环路建模 |
2.3.2 锁相环路动态方程 |
2.4 本章小结 |
3 锁相环相位噪声及杂散分析处理 |
3.1 相位噪声概述 |
3.1.1 环路噪声类型 |
3.2 锁相环路相位噪声分析 |
3.3 减小锁相环相位噪声的措施 |
3.4 杂散概述 |
3.5 环路杂散分析 |
3.5.1 泄露杂散 |
3.5.2 脉冲杂散 |
3.6 减小环路杂散的措施 |
3.7 本章小结 |
4 锁相环频率合成器的设计与实现 |
4.1 锁相环频率合成器指标要求 |
4.2 锁相环芯片选型及方案确定 |
4.2.1 锁相环芯片选型分析 |
4.2.2 锁相环频率合成器方案 |
4.3 系统电路设计 |
4.3.1 ADF4351 外围电路设计 |
4.3.2 环路滤波器的设计 |
4.3.3 VCO电路设计 |
4.3.4 电源稳压电路设计 |
4.3.5 STM32 主控电路设计 |
4.4 系统仿真论证 |
4.5 硬件电路的实现与测试 |
4.5.1 电路原理图及PCB版图 |
4.5.2 锁相环频率合成器输出频率测试分析 |
4.5.3 射频模块相位噪声的分析 |
4.6 本章小结 |
5 CPT原子钟射频模块测试 |
5.1 原子钟光学平台的搭建 |
5.2 VCSEL激光器半宽调制 |
5.3 铷原子多普勒吸收峰的测试 |
5.4 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 工作总结 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及取得的研究成果 |
致谢 |
(5)高性能电荷泵锁相环研究与设计(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
缩略语表 |
第一章 绪论 |
1.1 课题背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 工作内容与主要研究成果 |
1.3.1 工作内容 |
1.3.2 设计指标 |
1.3.3 研究成果与创新 |
1.4 论文框架 |
第二章 PLL基本理论 |
2.1 PLL基本原理 |
2.2 CPPLL电路结构 |
2.2.1 PD |
2.2.2 电荷泵 |
2.2.3 LPF |
2.2.4 VCO |
2.2.5 分频器 |
2.3 CPPLL环路分析 |
2.3.1 PLL连续线性模型 |
2.3.2 PLL锁定时间分析 |
2.4 CPPLL相位噪声与抖动分析 |
2.4.1 相位噪声与杂散的定义 |
2.4.2 环路噪声传输模型 |
2.4.3 抖动的定义 |
2.4.4 相位噪声与抖动抖动关系 |
2.5 本章小结 |
第三章 PLL各模块电路设计与仿真 |
3.1 VCO设计 |
3.1.1 LC与环振荡器 |
3.1.2 Hajimiri相位噪声模型 |
3.1.3 LC振荡器设计与优化 |
3.2 电荷泵设计 |
3.2.1 电荷泵的非理想性和盲区 |
3.2.2 电荷泵噪声和参考杂散分析 |
3.2.3 电荷泵设计与优化 |
3.3 PFD设计 |
3.3.1 PFD的非理想特性 |
3.3.2 PFD设计与优化 |
3.4 整数分频器设计 |
3.4.1 2/3 分频器级联结构 |
3.4.2 双模可编程分频器结构 |
3.4.3 整数分频器设计与优化 |
3.4.4 分频器噪声 |
3.5 LPF设计 |
3.5.1 LPF噪声 |
3.5.2 LPF设计 |
3.6 环路前仿真 |
3.7 本章小结 |
第四章 版图设计及后仿真 |
4.1 版图设计规则 |
4.1.1 阱规则 |
4.1.2 金属规则 |
4.1.3 对称设计 |
4.2 版图与后仿真 |
4.2.1 PFD/CP版图与后仿真 |
4.2.2 VCO版图与后仿真 |
4.2.3 分频器版图与后仿真 |
4.2.4 PLL版图与后仿真 |
4.2.5 PLL后仿真结果对比 |
4.3 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间发表的论文 |
(6)基于光纤中SBS效应的高性能微波信号生成及滤波研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 微波光子技术的应用价值 |
1.1.2 微波信号生成与滤波的应用需求 |
1.2 微波信号生成的国内外研究现状 |
1.2.1 基于外差拍频方案的微波信号生成方案 |
1.2.2 基于光电振荡器的微波信号生成方案 |
1.2.3 基于受激布里渊散射效应的光电振荡器 |
1.2.4 双频光电振荡器的背景 |
1.2.4.1 双频微波信号的应用场景 |
1.2.4.2 双频光电振荡器的研究现状 |
1.3 微波光子滤波器的国内外研究现状 |
1.3.1 基于光滤波器的微波光子滤波器 |
1.3.2 基于受激布里渊散射效应的微波光子滤波器 |
1.4 本文的研究内容和结构安排 |
1.4.1 本文的主要研究内容及创新点 |
1.4.2 本文的结构安排 |
第二章 受激布里渊散射效应的基本原理 |
2.1 SBS的产生机理 |
2.2 SBS的主要特性 |
2.3 激光器的相位噪声对SBS的影响 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于受激布里渊散射效应的单频光电振荡器 |
3.1 基于外调制滤波移频方案的光电振荡器 |
3.1.1 布里渊光电振荡器的基本原理 |
3.1.2 布里渊光电振荡器的实验结构 |
3.1.3 频谱分析 |
3.1.4 相位噪声分析 |
3.2 基于注入锁定泵浦控制方案的光电振荡器 |
3.2.1 光注入锁定原理 |
3.2.2 高精度光电振荡器设计方案 |
3.2.3 高精度光电振荡器的相位噪声分析 |
3.2.4 高精度光电振荡器的性能分析 |
3.3 结合光锁相技术的光电振荡器长期稳定性提升 |
3.3.1 光锁相光电振荡器的基本原理 |
3.3.2 布里渊光电振荡器的长期稳定性提升方案 |
3.3.3 光锁相布里渊光电振荡器的性能分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 基于受激布里渊散射效应的双频光电振荡器 |
4.1 双频光电振荡器的基本原理 |
4.2 双频微波信号的噪声分析 |
4.3 基于双注入锁定技术的双频微波信号生成系统 |
4.3.1 双频OEO系统的实验结构 |
4.3.2 双频微波信号的性能测试 |
4.4 本章小结 |
第五章 基于线性扫频泵浦的布里渊微波光子滤波器 |
5.1 基于线性扫频泵浦的布里渊滤波器生成 |
5.1.1 布里渊泵浦信号带宽拓展方法 |
5.1.2 矩形布里渊滤波器生成方案 |
5.1.3 矩形布里渊滤波器性能分析 |
5.2 布里渊滤波器对信号传输质量的影响分析 |
5.2.1 信号传输质量测量实验 |
5.2.2 信号传输质量结果分析 |
5.3 基于相位调制方案的滤波器抑制比提升 |
5.3.1 布里渊响应的检测原理 |
5.3.2 基于相位调制方案的布里渊滤波器结构 |
5.3.3 布里渊滤波器的性能分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 工作总结 |
6.2 研究展望 |
附录一 缩略语 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文 |
攻读博士学位期间授权的发明专利 |
攻读博士学位期间参与的科研项目 |
致谢 |
(7)基于热Rb原子系统频率简并双模压缩光的制备与应用(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
第二章 量子光学基础与压缩光 |
引言 |
2.1 光场的正交分量 |
2.2 光场和量子的谐振子模型 |
2.3 光场的FOCK态表象 |
2.4 光学数态的正交分量 |
2.5 相干态 |
2.6 光场压缩态 |
2.7 双模压缩态 |
2.8 量子光学实验测量基础知识 |
2.8.1 直接探测 |
2.8.2 Homodyne和Heterodyne测量技术 |
2.9 小结 |
第三章 四波混频与能级调控 |
3.1 压缩光的实验制备 |
3.1.1 晶体中的二阶非线性SHG |
3.1.2 晶体中的OPA和OPO |
3.1.3 Kerr effect克尔效应 |
3.1.4 四波混频 |
3.2 双泵浦激发四波混频 |
3.3 简并双模光场的制备 |
3.4 运用光泵浦对四波混频过程的能级调控 |
3.5 小结 |
第四章 非线性量子干涉仪 |
4.1 相位测量中的量子噪声 |
4.2 线性干涉仪中的量子噪声及突破 |
4.3 非线性量子干涉仪 |
4.3.1 SU(1,1)非线性干涉仪 |
4.3.2 PA+BS混合非线性干涉仪 |
4.4 小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
附录:反馈锁定系统 |
参考文献 |
Little joke: 量子毕业动力学过程 |
攻读研究生期间发表的科研成果 |
致谢 |
(8)面向前沿应用的新型全石英光纤分布式布拉格反射单频激光器研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 单频光纤激光器研究背景及意义 |
1.2 连续单频光纤激光器研究进展 |
1.2.1 DBR单频光纤激光器 |
1.2.2 DFB单频光纤激光器 |
1.2.3 环形腔单频光纤激光器 |
1.2.4 SBS单频光纤激光器 |
1.3 低噪声单频光纤激光器研究进展 |
1.4 脉冲单频光纤激光器研究进展 |
1.5 双波长单频光纤激光器研究进展 |
1.6 论文主要研究工作与创新 |
第2章 DBR单频光纤激光器理论分析及核心器件设计制备 |
2.1 Yb~(3+)、Er~(3+)、Tm~(3+)的能级结构和谱线分析 |
2.1.1 Yb~(3+)的能级结构和谱线分析 |
2.1.2 Er~(3+)的能级结构和谱线分析 |
2.1.3 Tm~(3+)的能级结构和谱线分析 |
2.2 自脉冲现象的成因与抑制 |
2.2.1 自脉冲现象的成因 |
2.2.2 自脉冲现象的抑制 |
2.3 用于自脉冲抑制的光纤布拉格光栅的设计与制备 |
2.3.1 用于自脉冲抑制的光纤布拉格光栅的优化设计 |
2.3.2 光纤布拉格光栅的刻写 |
2.4 本章小结 |
第3章 应用于引力波探测的DBR单频光纤激光器 |
3.1 单频光纤激光器相关参数测量 |
3.1.1 相对强度噪声测量 |
3.1.2 光谱线宽测量 |
3.1.3 频率噪声/相位噪声测量 |
3.2 基于不同掺杂石英增益光纤的DBR单频激光器实验研究 |
3.2.1 1μm连续DBR单频光纤器实验与结果分析 |
3.2.2 1.5μm连续DBR单频光纤器实验与结果分析 |
3.2.3 2μm连续DBR单频光纤器实验与结果分析 |
3.3 用于引力波探测的DBR单频光纤激光器工程样机的研制 |
3.4 本章小结 |
第4章 面向于高精度探测的高功率低噪声单频光纤激光器 |
4.1 激光噪声的来源 |
4.1.1 强度噪声的来源 |
4.1.2 相位/频率噪声的来源 |
4.1.3 强度噪声与频率噪声间的耦合 |
4.2 单频光纤激光器噪声抑制实验及结果分析 |
4.2.1 单频光纤激光器噪声抑制实验装置 |
4.2.2 实验结果与分析 |
4.3 高功率低噪声单频光纤激光器实验及结果分析 |
4.3.1 高功率低噪声单频光纤激光器实验装置 |
4.3.2 实验结果与分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 面向于激光雷达的一体化增益开关单频光纤激光器 |
5.1 增益开关技术 |
5.2 一体化增益开关单频光纤激光器实验及结果分析 |
5.2.1 一体化增益开关单频脉冲光纤激光器实验装置 |
5.2.2 实验结果与分析 |
5.3 本章小结 |
第6章 面向于高频微波产生的保偏双波长单频光纤激光器 |
6.1 叠印光纤布拉格光栅技术 |
6.2 保偏双波长单频光纤激光器实验及结果分析 |
6.2.1 保偏双波长单频光纤激光器实验装置 |
6.2.2 实验结果与分析 |
6.3 本章小结 |
结论及展望 |
论文工作总结 |
后续研究工作展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间所发表的学术论文 |
致谢 |
(9)半导体FP激光器模式分配噪声研究及其在短距离应用下的优化设计(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 应用背景 |
1.2 模式分配噪声的研究现状 |
1.3 本文的研究目的和主要内容 |
1.4 本章小结 |
2 模式分配噪声理论基础 |
2.1 什么是模式分配噪声 |
2.2 模式分配噪声的性质 |
2.3 降低模式分配噪声的方法 |
2.4 本章小结 |
3 光纤链路数值仿真模型 |
3.1 激光器模型 |
3.2 光纤和接收机模型 |
3.3 模式分配噪声的表征方式 |
3.4 本章小结 |
4 模式分配噪声性质研究 |
4.1 量子阱激光器内的非线性增益系数对模式分配噪声的影响 |
4.2 模式数目对模式分配噪声的影响的研究 |
4.3 光谱带宽对模式分配噪声的影响研究 |
4.4 本章小结 |
5 窄谱宽FP激光器设计与优化 |
5.1 谱宽对模式分配噪声功率代价的影响 |
5.2 设计器件的结构和工作原理 |
5.3 激光器模型的修正 |
5.4 器件参数的优化 |
5.5 器件性能的仿真结果 |
5.6 本章小结 |
6 器件制作以及实验研究 |
6.1 器件制作流程 |
6.2 静态特性测试实验 |
6.3 传输特性测试实验 |
6.4 本章小结 |
7 全文总结与工作展望 |
7.1 本文工作总结 |
7.2 下一步工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录1 攻读博士学位期间发表的主要论文 |
附录2 博士生期间参与的课题研究情况 |
(10)光纤中连续变量量子密钥分发实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主主要缩略符号对照表 |
第一章 绪论 |
1.1 密码学研究简史 |
1.2 量子密码与量子密钥分发 |
1.3 离散变量量子密钥分发国内外研究进展 |
1.4 连续变量量子密钥分发国内外研究进展 |
1.4.1 理论研究进展 |
1.4.2 实验研究进展 |
1.5 连续变量量子密钥分发特色、难点及研究脉络 |
1.5.1 连续变量量子密钥分发特色 |
1.5.2 连续变量量子密钥分发实验难点及研究脉络 |
1.6 各章节主要研究内容 |
第二章 连续变量量子密钥分发基础 |
2.1 量子物理基础 |
2.1.1 基本物理理论 |
2.1.2 量子光学理论 |
2.2 连续变量量子密钥分发协议及安全性 |
2.2.1 经典信息理论基础 |
2.2.2 连续变量量子密钥分发协议 |
2.2.3 协议理论安全性 |
2.2.4 系统实际安全性 |
2.3 本章小结 |
第三章 连续变量量子信号探测技术 |
3.1 散粒噪声极限探测 |
3.2 达到散粒噪声极限的高灵敏度平衡零差探测器 |
3.2.1 探测器设计及性能测试 |
3.2.2 光子数可分辨探测 |
3.3 达到散粒噪声极限的高速平衡零差探测器 |
3.3.1 300MHz带宽探测器设计及性能测试 |
3.3.2 1GHz带宽探测器设计及性能测试 |
3.4 本章小结 |
第四章 远距离连续变量量子密钥分发 |
4.1 实验设计 |
4.1.1 光路设计 |
4.1.2 参数最优化 |
4.2 噪声分析和控制 |
4.2.1 通过使用弱本振光实现对过噪声的控制 |
4.2.2 通过使用高精度的相位补偿实现对过噪声的控制 |
4.3 实验结果分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 高速连续变量量子密钥分发 |
5.1 实验设计 |
5.2 噪声分析和控制 |
5.3 实验结果分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 本地本振连续变量量子密钥分发 |
6.1 实验验证本地本振单向连续变量量子密钥分发 |
6.1.1 单向本地本振量子密钥分发方案 |
6.1.2 实验设计 |
6.1.3 实验结果分析 |
6.2 实验验证本地本振往返式双相位调制连续变量量子密钥分发 |
6.2.1 往返式双相位调制方案 |
6.2.2 协议安全性分析 |
6.2.3 实验设计 |
6.2.4 噪声分析和控制 |
6.2.5 实验结果分析 |
6.3 本章小结 |
第七章 实地验证连续变量量子密钥分发网络 |
7.1 实地验证网络结构及设计 |
7.2 实地系统噪声分析和控制 |
7.2.1 本振光光子反射及泄露 |
7.2.2 偏振补偿及本振光光子泄露 |
7.3 实地系统性能分析 |
7.4 本章小结 |
第八章 全文总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
攻读学位期间申请的专利 |
攻读学位期间参与的项目 |
个人简历 |
四、Analysis of MPN, MHN and Phase Noise of a Two-Mode Semiconductor Laser(论文参考文献)
- [1]连续变量量子密钥分发系统的安全性研究[D]. 黄彪. 电子科技大学, 2021(01)
- [2]实际光纤系统中的本地本振连续变量量子密钥分发研究[D]. 王涛. 上海交通大学, 2020(01)
- [3]损耗容忍的量子增强型干涉仪[D]. 杜威. 华东师范大学, 2020(12)
- [4]芯片级CPT原子钟射频模块设计与实现[D]. 牟仕浩. 中北大学, 2020(12)
- [5]高性能电荷泵锁相环研究与设计[D]. 段会涛. 东南大学, 2020(01)
- [6]基于光纤中SBS效应的高性能微波信号生成及滤波研究[D]. 石梦悦. 上海交通大学, 2020(01)
- [7]基于热Rb原子系统频率简并双模压缩光的制备与应用[D]. 贾俊. 华东师范大学, 2019(09)
- [8]面向前沿应用的新型全石英光纤分布式布拉格反射单频激光器研究[D]. 侯玉斌. 北京工业大学, 2018(04)
- [9]半导体FP激光器模式分配噪声研究及其在短距离应用下的优化设计[D]. 付骏伟. 华中科技大学, 2017(03)
- [10]光纤中连续变量量子密钥分发实验研究[D]. 黄端. 上海交通大学, 2017(08)