基于量子相干诱导旋光的超窄线宽原子滤波

本项目针对进一步减少自由空间量子通信中日光背景产生的通信误码的目标，提出一种基于量子相干诱导旋光的全新原子滤波实验方案。利用非线性的量子相干诱导旋光效应- - 耦合光和信号光与位于简并磁子能级的碱金属原子之间的相互作用，导致信号光偏振面发生旋转，再结合光学选偏技术和光子计数探测方式，研究原子滤波谱以及旋光角度、线宽、透过率、抑制比与原子数密度、耦合光和信号光的功率与频率等参数直接的关系，并使用我们已有的自由空间量子通信装置,实验演示基于量子相干诱导旋光(约10 MHz超窄线宽)的原子滤波。本项目提出的全新原子滤波方案能够更加有效地抑制背景光噪声，并极大地提高系统接收灵敏度，具有广泛应用的价值和前景，不仅适用于自由空间量子通信，也适用于荧光型（测温，测风）激光雷达、（星-地）激光通信，以及制作新型光存储器、全光开关和原子磁力计等实用器件。

本项目研究按照项目计划书内容、研究方案、技术路线，完成了基于量子相干诱导旋光的原子滤波方法研究，实验成功地演示了大失谐和小失谐的两种量子相干诱导旋光全新原子滤波方法。大失谐（耦合激光波长偏离原子吸收峰，依然与信号光一起构成原子超精细三能级Λ系统）方法使用双原子蒸气泡，利用拉曼跃迁过程中的原子相干导致强色散效应、产生Kerr非线性效应导致信号光放大达~85倍，最窄滤波带宽~22 MHz，单传输峰结构，通过参数调节，可实现多个滤波通道。小失谐（偏离原子共振谱线、仍在吸收峰范围内）方法是利用信号光的两种不同圆偏振成分在原子蒸气中折射率的差异、导致信号光偏振面发生旋转，获得接近于原子自然线宽的~10 MHz原子滤波谱和~33.2 %透过率，其单峰结构的信号传输峰位于原子吸收谱内，且波长可调。与实用型~GHz线宽法拉第反常色散原子滤波器相比，量子相干诱导旋光的原子滤波特性表明了信号光可放大几十倍、线宽变窄至~MHz、单传输峰结构，用于自由空间光通信（激光通信、量子通信等）、激光雷达、远程微弱光探测系统中能更好地消除背景光噪声的影响，进一步改进系统的性能。本研究实现的基于量子相干诱导旋光全新方法具有很好的学术意义和实用价值。.本研究发表标注本项目资助号（11174327）的研究论文5篇（其中，包括2篇已接收的，有录用通知书），获得授权中国发明专利5项（已有专利证书）。