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核磁共振陀螺反馈环路中滤波器的影响研究

红外与激光工程 2020年第2期49卷 156-163页

作者：赵洪常展翔江奇渊汪之国罗晖国防科技大学前沿交叉学科学院湖南长沙410073 国防科技大学量子信息学科交叉中心湖南长沙410073

为了分析核磁共振陀螺中129Xe自旋振荡器的振幅和频率特性,建立了相应的半经典模型,其中分别采用密度矩阵和经典电磁理论描述核自旋系综和反馈系统。然后,根据自激振荡的自洽条件推导了用于描述自旋振荡器的振荡方程。进一步,利用旋转... 详细信息

为了分析核磁共振陀螺中129Xe自旋振荡器的振幅和频率特性,建立了相应的半经典模型,其中分别采用密度矩阵和经典电磁理论描述核自旋系综和反馈系统。然后,根据自激振荡的自洽条件推导了用于描述自旋振荡器的振荡方程。进一步,利用旋转波近似和慢变振幅近似将振荡方程化简为自洽方程组,它由分别用于描述自旋振荡器振幅和频率的振幅方程和频率方程构成。基于上述自旋振荡器的半经典模型,研究了带通滤波器对自旋振荡器振幅和频率的影响。仿真结果表明,对核磁共振陀螺的典型参量,反馈环路设计不当导致的自旋振荡器频移可达亚μHz。该研究对提高基于自旋振荡器的核磁共振陀螺性能具有一定的参考价值。

关键词：自旋振荡器核磁共振陀螺滤波器自洽方程

基于^(87)Rb原子的大失谐光晶格的设计与操控

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物理学报 2017年第1期66卷 35-41页

作者：魏春华颜树华杨俊王国超贾爱爱罗玉昆胡青青国防科技大学仪器科学与技术系长沙410073 国防科技大学量子信息学科交叉中心长沙410073 火箭军工程大学西安710025

提出了一种基于^(87)Rb原子的大失谐光学晶格的设计方案,详细介绍了光晶格光束的校准、频率失谐的调整以及光强输出的控制方式.在磁光阱和偏振梯度冷却的基础上,研究了光学晶格的总光强和频率失谐等参数对原子装载的影响,实现了光晶格... 详细信息

提出了一种基于^(87)Rb原子的大失谐光学晶格的设计方案,详细介绍了光晶格光束的校准、频率失谐的调整以及光强输出的控制方式.在磁光阱和偏振梯度冷却的基础上,研究了光学晶格的总光强和频率失谐等参数对原子装载的影响,实现了光晶格中冷原子的绝热装载与卸载.通过光强调制的方法,测量了光晶格的振动频率.光晶格的引入,使得温度降低为原有的1/3.涉及的系统设计和结论对其他碱金属原子光晶格的实验设计具有参考价值.

关键词：冷原子光晶格偏振梯度冷却

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极化检测型铷原子磁力仪的研究

物理学报 2016年第21期65卷 97-103页

作者：汪之国罗晖樊振方谢元平国防科技大学光电科学与工程学院长沙410073 国防科技大学量子信息学科交叉中心长沙410073 国防科技大学理学院长沙410073

针对交变弱磁场的检测,研制了一种基于极化-检测双光束结构的激光抽运铷原子磁力仪.为了获得该磁力仪对磁场的响应特性,通过数值仿真分析了信号幅度随极化磁场强度、弛豫时间的变化关系,并进行了实验验证.最后通过选择合适的极化磁场使... 详细信息

针对交变弱磁场的检测,研制了一种基于极化-检测双光束结构的激光抽运铷原子磁力仪.为了获得该磁力仪对磁场的响应特性,通过数值仿真分析了信号幅度随极化磁场强度、弛豫时间的变化关系,并进行了实验验证.最后通过选择合适的极化磁场使磁力仪对待测磁场的灵敏度最大.实验结果表明,优化后磁力仪灵敏度为0.2pT/(Hz)^(1/2),响应带宽3.5kHz,可用于弱磁场磁共振、高频异常物理现象等信号的检测.

关键词：光学磁力仪光抽运带宽灵敏度

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基于车载原子干涉仪的野外流动重力测量

仪器仪表学报 2023年第9期44卷 94-101页

作者：张旭颜树华李期学朱凌晓杨俊国防科技大学智能科学学院长沙410073 国防科技大学量子信息学科交叉中心长沙410073

移动重力测量在计量学、地球科学及国防军事等领域有着广泛的应用需求。原子干涉重力仪在可移动高精度重力测量上具有良好的技术潜力,但目前仍很难兼具高集成度与高灵敏度。针对此问题,本文研制了一套基于原子干涉仪的车载重力测量系统... 详细信息

移动重力测量在计量学、地球科学及国防军事等领域有着广泛的应用需求。原子干涉重力仪在可移动高精度重力测量上具有良好的技术潜力,但目前仍很难兼具高集成度与高灵敏度。针对此问题,本文研制了一套基于原子干涉仪的车载重力测量系统,基于小型化、高度集成的仪器设计,实现了高精度的野外重力测量,室外测量灵敏度为520μGal/Hz、测量重复性优于20μGal。在长10 km、高程变化100 m的野外测线上开展了单点调试时间小于5 min、有效测量时间小于15 min的快速重力测量,并与LG-1相对重力仪进行比对。在一般性的野外测试环境下,2种重力仪的测量残差小于100μGal,车载绝对重力仪自身测量残差小于15μGal。因此,该车载重力测量系统极大地提高了野外重力测量效率,方便运输、随停随测、测量准确,为可移动重力测量领域提供了可靠的技术解决方案。

关键词：车载原子重力仪绝对重力测量野外流动重力测量

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冷原子干涉绝对重力精密测量与系统误差

仪器仪表学报 2020年第8期41卷 1-12页

作者：章欢开颜树华朱凌晓张旭李期学国防科技大学智能科学学院长沙410073 国防科技大学量子信息学科交叉中心长沙410073

高精度重力加速度测量在地质勘探、惯性导航、地球物理等领域具有非常重要的作用。冷原子干涉重力仪是近二十年快速发展起来的新型量子测量仪器,因其具有较高的灵敏度和测量精度而日益得到重视,并逐步从实验室研究向实用化仪器发展。目... 详细信息

高精度重力加速度测量在地质勘探、惯性导航、地球物理等领域具有非常重要的作用。冷原子干涉重力仪是近二十年快速发展起来的新型量子测量仪器,因其具有较高的灵敏度和测量精度而日益得到重视,并逐步从实验室研究向实用化仪器发展。目前,实验室内的高精度冷原子干涉绝对重力仪测量精度已达10-12 g量级,性能媲美经典绝对重力仪的商用产品也已出现。介绍了基于原子干涉技术的绝对重力精密测量的基本原理和发展历程,综述国内外各研究组的研究现状,并分析了限制冷原子干涉绝对重力测量精度的几种主要系统误差,以及对这些系统误差的抑制和评估方法。

关键词：原子干涉仪重力仪精密测量系统误差

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极弱光关联成像研究进展及展望(特邀)

红外与激光工程 2021年第12期50卷 15-32页

作者：孙帅杜隆坤李东李月刚林惠祖刘伟涛国防科技大学文理学院湖南长沙410073 国防科技大学量子信息学科交叉中心湖南长沙410073

光学成像因其分辨率高,信息量丰富,具有其他探测和感知技术不可替代的地位,是人们获取信息最重要的技术手段之一。光子是光学成像系统中的信息载体。光学图像的高质量重构,依赖于对信号光子的高效耦合和对光信息的精准解耦。然而,在遥... 详细信息

光学成像因其分辨率高,信息量丰富,具有其他探测和感知技术不可替代的地位,是人们获取信息最重要的技术手段之一。光子是光学成像系统中的信息载体。光学图像的高质量重构,依赖于对信号光子的高效耦合和对光信息的精准解耦。然而,在遥感或生物成像等重要应用场景中,由于作用距离远或辐照功率低,到达探测面的物体信号光子数少,信噪比低,对光学系统设计、信号探测和图像恢复都带来了极大困难,严重限制了光学成像性能。如何在极弱光条件下获得高质量图像,是光电成像系统研究的基础性难题,也是推动光学成像不断向更大视场、更远作用距离、更高信息通量发展亟待克服的关键技术。近年来,在光场调控和量子探测技术支撑下,并基于光场的高阶经典/量子关联发展起来的关联成像,由于探测灵敏度高、抗干扰能力强,为发展极弱光条件下的光学成像技术带来了新的机遇。文中将简要回顾关联成像的原理机制,在此基础上系统介绍极弱光条件下关联成像方案和方法。并尝试从光子动力学层面解释这些方法的物理本质,讨论这些方法的能力极限,比较这些方法所适用的场景。

关键词：成像系统关联成像弱光成像光子计数单光子成像

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核磁共振陀螺中EPR信号响应不对称性研究

物理学报 2022年第22期71卷 58-65页

作者：鱼在洋郑锦韬张洋汪之国孙辉熊志强罗晖陕西师范大学物理学与信息技术学院西安710049 国防科技大学前沿交叉学科学院长沙410073 国防科技大学量子信息学科交叉中心长沙410073

核磁共振陀螺具有高精度、小体积、低功耗等优点,是目前陀螺仪研究领域的热点之一.陀螺中的碱金属原子自旋弛豫时间通常在10^(-5)s量级,远小于在通常原子磁力仪中的弛豫时间.研究了短弛豫时间原子自旋对不同方向的振荡磁场EPR响应的差异... 详细信息

核磁共振陀螺具有高精度、小体积、低功耗等优点,是目前陀螺仪研究领域的热点之一.陀螺中的碱金属原子自旋弛豫时间通常在10^(-5)s量级,远小于在通常原子磁力仪中的弛豫时间.研究了短弛豫时间原子自旋对不同方向的振荡磁场EPR响应的差异,分析了基于EPR信号测量中心频率方法的偏差与弛豫时间的关系,并从理论上给出了修正.提出了一种基于XY轴信号相位差测量横向弛豫时间的方法,可以实现对弛豫时间的准确快速测量.在实验上以^(87)Rb原子为例比较了几种测量方式的准确性和适用性,其中半高宽拟合法受到系统延迟时间的影响较大并有其测量极限,相位测量法受到探测光角度影响较大,但测量范围更广,且抗干扰能力更强.研究对于准确测量核磁共振陀螺参数,提高陀螺性能的研究具有重要意义.

关键词：原子磁力仪布洛赫方程幅频响应横向弛豫时间

探测光频率对核磁共振陀螺内嵌磁力仪影响研究

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中国激光 2022年第21期49卷 200-207页

作者：李佳佳陈畅江奇渊汪之国罗晖国防科技大学前沿交叉学科学院湖南长沙410073 国防科技大学量子信息交叉中心湖南长沙410073

核磁共振陀螺中内嵌磁力仪性能的优化对提高陀螺的灵敏度具有重要意义,其中探测光频率的选取十分重要。为了研究探测光频率对内嵌磁力仪的影响,建立了探测光频率与磁力仪信号关系的理论模型,得到了探测光频率对磁力仪信号影响的优化策... 详细信息

核磁共振陀螺中内嵌磁力仪性能的优化对提高陀螺的灵敏度具有重要意义,其中探测光频率的选取十分重要。为了研究探测光频率对内嵌磁力仪的影响,建立了探测光频率与磁力仪信号关系的理论模型,得到了探测光频率对磁力仪信号影响的优化策略。仿真分析和实验结果表明,在合适的气室温度(120℃)条件下选择约-17 GHz的探测光D1线频率失谐量,可使信号强度相对于极小值优化约三个量级。通过引入超精细结构修正,解释了实验D1线正负频响应不对称以及中心频率附近局部极值的现象,证明了理论模型的可靠性。研究结果为探测光最优频率的选取提供了指导。

关键词：量子光学核磁共振陀螺内嵌磁力仪法拉第磁致旋光效应探测光频率

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基于量子算法的量子态层析新方案

物理学报 2019年第14期68卷 284-295页

作者：杨乐李凯戴宏毅张明国防科技大学智能科学学院长沙410073 国防科技大学文理学院物理系长沙410073 国防科技大学量子信息交叉中心长沙410073

在经典信息可有效制备为量子态和量子算法可物理实现的条件下,深入研究了量子算法如何有效改善基于线性回归估计的量子态层析算法的时间复杂度问题.在已有的量子算法基础上,形成了量子态层析的新方案.与现有的经典算法相比,本文所提方... 详细信息

在经典信息可有效制备为量子态和量子算法可物理实现的条件下,深入研究了量子算法如何有效改善基于线性回归估计的量子态层析算法的时间复杂度问题.在已有的量子算法基础上,形成了量子态层析的新方案.与现有的经典算法相比,本文所提方案需要引入量子态制备和额外的测量环节,但能显著降低量子态层析的时间复杂度.对于维数为d的待重构密度矩阵,当所用的量子算法涉及的矩阵的条件数κ和估计精度ε的倒数的复杂度均为O(poly log d),且所需同时制备的量子态数目规模是O(d)时,本方案可将量子态层析整体算法的时间复杂度从O(d^4)降为O(dpoly log d).

关键词：量子算法量子态层析时间复杂度