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Acta Optica Sinica

高信噪比集成化共振光电探测器

李卫 Li Wei, 武志学 Wu Zhixue, 王庆伟 Wang Qingwei, 李瑞鑫 Li Ruixin, 李庆回 LI Qing-hui, 鞠明健 Ju Mingjian, 高子超 Gao Zichao, 尚鑫 Shang Xin, 田龙 Tian Long, 郑耀辉 Zheng Yaohui

Published Jan 1, 2023• 2 citations
Publisher

Abstract

在理论分析的基础上，利用光电二极管的固有结电容和可变电感构成共振电路实现光电探测。通过精简电路并对电路板进行精密布板设计，降低由原内部混频电路带来的杂散寄生电容的影响；利用选定低噪声芯片、低转换损耗混频器及滤波器隔离噪声，构建高信噪比的集成化共振型光电探测器（RPD），并实现了对特定调制信号的高效探测。实验结果表明：在相同条件下，RPD增益在共振频率下比商用宽带探测器（BPD）高大约30 dB。利用RPD获得的锁腔误差信号的峰峰值是BPD的16倍，其误差信号的信噪比比现有BPD高18 dB左右。可见，此RPD能够为高性能压缩态光场制备提供器件支持。

DOI
10.3788/aos221918

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一维驻波场增强的里德堡原子微波测量

李可 LI Ke, 田建飞 TIAN Jianfei, 张好 ZHANG Hao +2 more

研究了基于里德堡原子电磁诱导透明效应的耦合光一维驻波场增强的微波电场传感。利用模式匹配反射光场，在高增透镀膜的铯原子气室中形成了里德堡原子三能级体系中耦合光的一维驻波场，并在此基础上进行了幅度调制微波电场测量。实验结果表明，在不额外增加耦合光激光器输出功率的情况下，一维耦合光驻波场导致了耦合光功率的相干增强，电磁诱导透明光谱强度和线宽都显著增加。详细比较了一维驻波场增强与直接增加耦合光功率在测量不同功率微波时的表现，结果表明在较低微波功率下一维驻波场增强测量微波频率信噪比提升约4 dB，瞬时带宽增加1.38倍，同时频率响应曲线更为平坦；在较高微波功率条件下，无驻波场存在的微波响应曲线呈现出明显的双峰形态，而一维驻波场的形成可有效消除双峰特征，表现为平坦响应特征。研究结果对实现低功耗、频率响应曲线平坦、自校准微波电场测量传感器具有重要的参考价值。

ACTA PHOTONICA SINICA•Jan 1, 2023•1 citation

硅基光栅型法布里珀罗-微环耦合谐振腔的传输特性

Tuohang LI, Xiaoyan ZHOU, Lin Zhang

本文针对一种由微环谐振腔与法布里-珀罗腔耦合构成的集成结构，开展了传输光谱特性的理论与实验研究。该结构通过在单边耦合型微环的直波导中引入光栅反射镜形成法布里-珀罗腔，在双谐振结构中实现了新颖的多腔耦合传输谱形。成功建立系统理论模型后，分析了多腔耦合传输谱形出现的条件并进行了器件参数优化。在硅基芯片上成功制备了光栅型法布里珀罗-微环耦合谐振腔器件，首次观测到与理论预测一致的多腔耦合传输谱形，包括嵌套类电磁感应透明和双法诺共振线形。实验结果表明，在3.43 dB/cm的波导损耗条件下，电磁感应透明的中心峰可实现1.40×104的品质因子,双法诺共振的斜率最高可达到37.70 dB/nm。研究结果为集成光子耦合谐振系统的机理理解提供了新视角，并为实现高集成度、高性能的光子器件平台提供了可行技术路径，在高灵敏光学传感、窄带滤波及高速调制等领域具有重要的应用潜力。

Chinese Optics•Jan 1, 2026•0 citations

腔增强铯原子系综四波混频过程（特邀）

杨静琨 Yang Jingkun, 武晓蔚 Wu Xiaowei, 马荣 Ma Rong +2 more

基于铯原子系综四波混频过程制备的强度差压缩态光场具有波长与铯原子跃迁线匹配和空间多模的优势，在量子信息领域具有重要应用。然而，通过铯原子四波混频过程制备高压缩度的压缩态光场通常需要较高的泵浦光功率和原子池温度，这限制了其应用。本研究结合六镜环形光学谐振腔和铯原子系综，使泵浦光在光学谐振腔内实现单共振，同时让探针光和共轭光单次穿过光学谐振腔，有效提高了泵浦光的利用率，进而实现了腔增强的铯原子四波混频过程，从而显著降低了其对泵浦光功率和原子池温度的要求。实验结果表明，当获得的强度差压缩度为-6 dB时，相比于无腔四波混频过程，腔增强四波混频过程所需的泵浦光功率由600 mW降低至340 mW，并且原子池温度由109 ℃降低至98 ℃。研究结果为发展低功耗、空间多模量子光源提供了新方案，对于促进原子系综四波混频过程的应用具有重要意义。

Laser & Optoelectronics Progress•Jan 1, 2025•1 citation

用于压缩态产生的低损耗氮化硅微环谐振腔制备及测试

白捷仁 Jieren BAI, 周笑艳 Xiaoyan ZHOU, Xueshi Guo +2 more

集成光子芯片为压缩态光场的产生提供了一个可靠和易于扩展的平台。基于低损耗氮化硅微环谐振腔的四波混频过程是产生压缩态光场的重要途径。本文基于氮化硅材料平台，优化了高质量氮化硅薄膜的制备工艺和微环谐振腔的加工过程，制备出多种尺寸和结构的低损耗氮化硅微环谐振腔。通过搭建的测试系统，系统分析了这些微环谐振腔的透射率、耦合状态和品质因子。实验结果表明，所制备的微环谐振腔具有稳定的本征品质因子，其中横截面尺寸为2000 nm′290 nm微环谐振腔的本征品质因子可达1.5′106，对应的波导传输损耗约为0.23 dB/cm。理论计算表明，该结构最优能够产生片上约9 dB的压缩态光场，当考虑总检测效率为40%时，预估可以直接观察到2 dB的压缩态。该研究为片上产生高质量的连续变量压缩态提供了实验基础。

Acta Sinica Quantum Optica•Jan 1, 2025•0 citations

高增益光纤受激布里渊散射放大的大延迟可控慢光

宇兴 夏, 黎 詹, 亮 邢

可调控光纤慢光作为光缓存器在全光路由通信中具有重要的应用前景. 由于受限于较低的布里渊阈值和较大的信号功率, 传统的光纤布里渊散射慢光增益一般不超过30?dB. 本文提出在短光纤中实现高增益布里渊放大的可调控慢光, 利用短光纤的高阈值有效避免泵浦抽空, 实现高增益的信号放大, 从而提高慢光延迟量. 实验证实采用591.8?m长的单级光纤布里渊放大的非饱和增益达到50?dB, 慢光延迟时间可达到52?ns, 分数延迟量超过1.

Chinese Science Bulletin (Chinese Version)•Aug 1, 2009•0 citations

红外波段偏振纠缠光源的制备与性能研究

吴杰 Jie WU, 赵春柳 Chun-liu ZHAO, 王海龙 Hai-long WANG +6 more

利用二阶非线性效应的自发参量下转换技术搭建偏振纠缠光源是目前实验中制备偏振纠缠光子对常用的方法之一，产生的偏振纠缠光子对分别被称为信号光子和闲置光子，它们具有特定的空间和频率关联性，使得量子密码学和量子通信等新技术的出现成为可能。本文理论分析了在周期极化磷酸氧钛钾晶体中进行准相位匹配参量下转换过程时，晶体的极化周期与温度对下转换光的波长的影响，并实验搭建了一套基于Ⅱ类准相位匹配周期极化磷酸氧钛钾晶体参量下转换过程制备的近红外波段偏振纠缠光源，对实验中的光学路径以及数据采集方案进行了详细而系统的描述，并对偏振纠缠光源制备过程中的核心问题之一，即光源产生的偏振纠缠光子对的纠缠品质如何进行了讨论研究。实验结果表明，本实验所搭建的近红外波段偏振纠缠光源在偏振测量基分别为|H〉V〉和|+〉−〉时，偏振纠缠光子对的干涉可见度可分别达到96.19%和95.28%，Bell不等式违背超过9个标准差，可以用作进一步的量子实验研究光源。

Acta Sinica Quantum Optica•Jan 1, 2024•0 citations
在理论分析的基础上，利用光电二极管的固有结电容和可变电感构成共振电路实现光电探测。通过精简电路并对电路板进行精密布板设计，降低由原内部混频电路带来的杂散寄生电容的影响；利用选定低噪声芯片、低转换损耗混频器及滤波器隔离噪声，构建高信噪比的集成化共振型光电探测器（RPD），并实现了对特定调制信号的高效探测。实验结果表明：在相同条件下，RPD增益在共振频率下比商用宽带探测器（BPD）高大约30 dB。利用RPD获得的锁腔误差信号的峰峰值是BPD的16倍，其误差信号的信噪比比现有BPD高18 dB左右。可见，此RPD能够为高性能压缩态光场制备提供器件支持。
研究了基于里德堡原子电磁诱导透明效应的耦合光一维驻波场增强的微波电场传感。利用模式匹配反射光场，在高增透镀膜的铯原子气室中形成了里德堡原子三能级体系中耦合光的一维驻波场，并在此基础上进行了幅度调制微波电场测量。实验结果表明，在不额外增加耦合光激光器输出功率的情况下，一维耦合光驻波场导致了耦合光功率的相干增强，电磁诱导透明光谱强度和线宽都显著增加。详细比较了一维驻波场增强与直接增加耦合光功率在测量不同功率微波时的表现，结果表明在较低微波功率下一维驻波场增强测量微波频率信噪比提升约4 dB，瞬时带宽增加1.38倍，同时频率响应曲线更为平坦；在较高微波功率条件下，无驻波场存在的微波响应曲线呈现出明显的双峰形态，而一维驻波场的形成可有效消除双峰特征，表现为平坦响应特征。研究结果对实现低功耗、频率响应曲线平坦、自校准微波电场测量传感器具有重要的参考价值。
本文针对一种由微环谐振腔与法布里-珀罗腔耦合构成的集成结构，开展了传输光谱特性的理论与实验研究。该结构通过在单边耦合型微环的直波导中引入光栅反射镜形成法布里-珀罗腔，在双谐振结构中实现了新颖的多腔耦合传输谱形。成功建立系统理论模型后，分析了多腔耦合传输谱形出现的条件并进行了器件参数优化。在硅基芯片上成功制备了光栅型法布里珀罗-微环耦合谐振腔器件，首次观测到与理论预测一致的多腔耦合传输谱形，包括嵌套类电磁感应透明和双法诺共振线形。实验结果表明，在3.43 dB/cm的波导损耗条件下，电磁感应透明的中心峰可实现1.40×104的品质因子,双法诺共振的斜率最高可达到37.70 dB/nm。研究结果为集成光子耦合谐振系统的机理理解提供了新视角，并为实现高集成度、高性能的光子器件平台提供了可行技术路径，在高灵敏光学传感、窄带滤波及高速调制等领域具有重要的应用潜力。
基于铯原子系综四波混频过程制备的强度差压缩态光场具有波长与铯原子跃迁线匹配和空间多模的优势，在量子信息领域具有重要应用。然而，通过铯原子四波混频过程制备高压缩度的压缩态光场通常需要较高的泵浦光功率和原子池温度，这限制了其应用。本研究结合六镜环形光学谐振腔和铯原子系综，使泵浦光在光学谐振腔内实现单共振，同时让探针光和共轭光单次穿过光学谐振腔，有效提高了泵浦光的利用率，进而实现了腔增强的铯原子四波混频过程，从而显著降低了其对泵浦光功率和原子池温度的要求。实验结果表明，当获得的强度差压缩度为-6 dB时，相比于无腔四波混频过程，腔增强四波混频过程所需的泵浦光功率由600 mW降低至340 mW，并且原子池温度由109 ℃降低至98 ℃。研究结果为发展低功耗、空间多模量子光源提供了新方案，对于促进原子系综四波混频过程的应用具有重要意义。
集成光子芯片为压缩态光场的产生提供了一个可靠和易于扩展的平台。基于低损耗氮化硅微环谐振腔的四波混频过程是产生压缩态光场的重要途径。本文基于氮化硅材料平台，优化了高质量氮化硅薄膜的制备工艺和微环谐振腔的加工过程，制备出多种尺寸和结构的低损耗氮化硅微环谐振腔。通过搭建的测试系统，系统分析了这些微环谐振腔的透射率、耦合状态和品质因子。实验结果表明，所制备的微环谐振腔具有稳定的本征品质因子，其中横截面尺寸为2000 nm′290 nm微环谐振腔的本征品质因子可达1.5′106，对应的波导传输损耗约为0.23 dB/cm。理论计算表明，该结构最优能够产生片上约9 dB的压缩态光场，当考虑总检测效率为40%时，预估可以直接观察到2 dB的压缩态。该研究为片上产生高质量的连续变量压缩态提供了实验基础。
可调控光纤慢光作为光缓存器在全光路由通信中具有重要的应用前景. 由于受限于较低的布里渊阈值和较大的信号功率, 传统的光纤布里渊散射慢光增益一般不超过30?dB. 本文提出在短光纤中实现高增益布里渊放大的可调控慢光, 利用短光纤的高阈值有效避免泵浦抽空, 实现高增益的信号放大, 从而提高慢光延迟量. 实验证实采用591.8?m长的单级光纤布里渊放大的非饱和增益达到50?dB, 慢光延迟时间可达到52?ns, 分数延迟量超过1.
利用二阶非线性效应的自发参量下转换技术搭建偏振纠缠光源是目前实验中制备偏振纠缠光子对常用的方法之一，产生的偏振纠缠光子对分别被称为信号光子和闲置光子，它们具有特定的空间和频率关联性，使得量子密码学和量子通信等新技术的出现成为可能。本文理论分析了在周期极化磷酸氧钛钾晶体中进行准相位匹配参量下转换过程时，晶体的极化周期与温度对下转换光的波长的影响，并实验搭建了一套基于Ⅱ类准相位匹配周期极化磷酸氧钛钾晶体参量下转换过程制备的近红外波段偏振纠缠光源，对实验中的光学路径以及数据采集方案进行了详细而系统的描述，并对偏振纠缠光源制备过程中的核心问题之一，即光源产生的偏振纠缠光子对的纠缠品质如何进行了讨论研究。实验结果表明，本实验所搭建的近红外波段偏振纠缠光源在偏振测量基分别为|H〉V〉和|+〉−〉时，偏振纠缠光子对的干涉可见度可分别达到96.19%和95.28%，Bell不等式违背超过9个标准差，可以用作进一步的量子实验研究光源。