基于非线性干涉仪和非线性相移器的量子相位评估
由于参量放大器和非线性相移器可用于提高干涉仪的相位灵敏度和量子费舍信息而被广泛地关注。基于这两种非线性光学设备的优势，本文提出了两种改善相位灵敏度和量子费舍信息的方案：利用零差探测研究了相位灵敏度和光子损耗对位相灵敏度的影响；利用特征函数表示和有序算符内的积分技术，考察了理想情况下干涉仪的量子费舍信息以及光子损耗对量子费舍信息的影响。本文的具体研究工作可概况如下： 1.通过组合平衡的光分束器(BBS)、参量放大器(OPA)和非线性移相器三种光学器件，提出一种改进的非线性干涉仪(MNI)。考虑相干态和偶相干态作为输入态，并在MNI的一个输出端口执行零差探测，进一步研究了相位灵敏度。结果表明：非线性移相器的引入不仅可以提高相位灵敏度，而且可以有效地抑制由于光子损耗所引发的退相干。与使用线性移相器的BBS+OPA方案以及引入了非线性移相器的传统马赫-曾德尔干涉仪(MZI)相比，本文的MNI方案中相位灵敏度表现出最好的性能。有趣的是，尽管在BBS+OPA方案中信噪比没有得到改善，但非线性移相器引入可以激发上述方案中OPA的性能从而提高干涉仪的相位精度。 2.通过在传统的SU(1,1)干涉仪中引入克尔非线性相移，提出了一种改善相位灵敏度和量子费舍信息的理论方案。基于零差探测以及选择相干态和真空态作为输入态，本文研究了理想情况下的相位灵敏度和量子费舍信息，并考虑了光子损耗对它们的影响。结果表明：与传统的SU(1,1)干涉仪相比，克尔非线性相移的引入不仅可以用来提高超分辨率，而且提高了相位灵敏度和量子费舍信息，甚至在理想情况下能接近超海森堡极限；在相同参数下，研究发现干涉仪内部的光子损耗对相位灵敏度的影响比外部大。此外，克尔非线性相移的引入也可以提高干涉仪对光子损耗的鲁棒性。有趣的是，由于非线性相位元件的引入，该方案在获得更高的相位灵敏度和更大的量子费舍信息方面显示出了低成本输入资源的明显优势。
相位灵敏度;克尔非线性相移;参量放大器;光子损耗;费舍信息
江西师范大学
硕士
理论物理
嵇英华;胡利云
2021
中文
O436.1
2021-10-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）