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光學(xué)測量是光電技術(shù)與機(jī)械測量結(jié)合的現(xiàn)代測量技術(shù)。借用計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)快速，準(zhǔn)確的測量。方便記錄，存儲，打印，查詢等等功能。光學(xué)測量主要應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)檢測，主要檢測產(chǎn)品的形位公差以及數(shù)值孔徑等是否合格。

標(biāo)準(zhǔn)量子極限是經(jīng)典測量技術(shù)所能達(dá)到的最小測量極限。隨著引力波等微弱信號探測需求的增長，如何突破標(biāo)準(zhǔn)量子極限實(shí)現(xiàn)更高精度測量是精密測量領(lǐng)域的重要科學(xué)問題。作為最實(shí)用和最有效的量子計(jì)量資源之一，壓縮態(tài)能使測量精度突破散粒噪聲極限并逼近海森堡極限，可以為精密測量領(lǐng)域帶來革命性突破。然而壓縮態(tài)的低魯棒性限制了它在復(fù)雜環(huán)境中的應(yīng)用，且探測器的非理想探測效率也會導(dǎo)致其量子優(yōu)勢無法充分體現(xiàn)。對此，研究人員提出使用光參量放大器(OPA)對微弱信號進(jìn)行預(yù)放大來克服由于低探測效率引起的檢測損失。由于存在量子漲落現(xiàn)象，經(jīng)典放大器的放大過程會伴隨著散粒噪聲引入，導(dǎo)致噪聲指數(shù)NF>3dB。因此，突破這一固有限制是微弱信號精密測量亟需解決的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

近日，中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室非線性光學(xué)及應(yīng)用課題組在亞散粒噪聲精密測量領(lǐng)域取得研究進(jìn)展。

研究團(tuán)隊(duì)提出了應(yīng)用PSA來提高基于寬帶壓縮光的微弱信號探測能力的方法。研究發(fā)現(xiàn)，使用寬帶壓縮光作為探測光可提高微弱信號的探測能力，在探測器的探測效率較低時(shí)(η<0.5)，使用PSA預(yù)放大可顯著提高因?yàn)榈吞綔y效率引起的量子優(yōu)勢衰減，并有效改善壓縮態(tài)的低魯棒性。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，盡管寬光譜引起的頻率失諧會導(dǎo)致非理想相敏放大，引入少量噪聲，但高增益可有效補(bǔ)償這一退化。相關(guān)研究成果為引力波探測、量子增強(qiáng)激光雷達(dá)、量子成像、量子通信等領(lǐng)域的發(fā)展提供了關(guān)鍵理論支撐。

相關(guān)成果以Tolerance enhancement of inefficient detection and frequency detuning by non-perfect phase-sensitive amplification in broadband squeezing-based precision measurement為題發(fā)表在Journal of the Optical Society of America B上。

參考：來源： 西安光學(xué)精密機(jī)械研究所

關(guān)鍵詞： 精密測量 散粒噪聲 精密機(jī)械