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实际环境对量子激光雷达性能的影响

王强,  郝利丽,  唐红霞,  李贤丽,  牟海维,  韩连福,  赵远

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王强, 郝利丽, 唐红霞, 李贤丽, 牟海维, 韩连福, 赵远. 实际环境对量子激光雷达性能的影响[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(S1): 29-35. doi: 10.3788/IRLA201847.S106006
引用本文: 王强, 郝利丽, 唐红霞, 李贤丽, 牟海维, 韩连福, 赵远. 实际环境对量子激光雷达性能的影响[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(S1): 29-35. doi: 10.3788/IRLA201847.S106006
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Wang Qiang, Hao Lili, Tang Hongxia, Li Xianli, Mu Haiwei, Han Lianfu, Zhao Yuan. Effects of real environments on the performance of quantum Lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(S1): 29-35. doi: 10.3788/IRLA201847.S106006
Citation: Wang Qiang, Hao Lili, Tang Hongxia, Li Xianli, Mu Haiwei, Han Lianfu, Zhao Yuan. Effects of real environments on the performance of quantum Lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(S1): 29-35. doi: 10.3788/IRLA201847.S106006
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实际环境对量子激光雷达性能的影响

doi: 10.3788/IRLA201847.S106006
  • 1.

    东北石油大学 物理系,黑龙江 大庆 163318;

  • 2.

    绥化学院 电气工程学院,黑龙江 绥化 152000;

  • 3.

    哈尔滨工业大学 物理系,黑龙江 哈尔滨 150001

基金项目: 

东北石油大学青年科学基金（NEPUQN2015-1-12）;东北石油大学国家自然科学基金培养基金（2017PYYL-07）;黑龙江省教育厅项目（12531838）;国家自然科学基金（51374072，51374072，41472126）

详细信息
    作者简介:

    王强(1980-),男,博士生,主要从事量子干涉、度量和传感方面的研究。Email:wangqiang8035@163.com

    通讯作者: 郝利丽(1981-),女,博士生,主要从事非线性光学和量子光学等方面的研究。Email:haolili0820@126.com

  • 中图分类号: O43;TN249

Effects of real environments on the performance of quantum Lidar

  • 1.

    Department of Physics,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China;

  • 2.

    College of Electrical Engineering,Suihua University,Suihua 152000,China;

  • 3.

    Department of Physics,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China

  • 摘要: 研究了损耗和相位噪声对奇相干态（OCRS）量子激光雷达性能的影响。利用条件概率的一般表达式和奇偶光子计数探测方法推导了马赫-增德尔干涉仪（MZI）输出信号的平均值和相位灵敏度。从信号平均值的表达式中可以看出光子数损耗破坏了信号的相干性进而导致了激光雷达性能的下降。数值计算结果表明：输出信号的干涉花样中出现了奇偶相干项，且奇相干项对损耗及其敏感；系统的输出性能只有在小损耗区域内优于传统的激光雷达。而在噪声环境中，在噪声区域 к0.3内，奇相干态的信号的分辨率优于相干态，而在 к0.06区域内，奇相干态的奇偶光子计数探测信号的灵敏度好于相干态。
    Abstract: The effects of loss and noise(real environments) on the performance of quantum lidar with odd coherent superposition states source(OCRS) was investigeted. The general expression of conditional probabilities and parity photon counting measurement strategies were exploited to derive the mean value of the output signal and its phase sensitivity from the Mach-Zehnder interferometer(MZI). It can be found from the output signal that loss destroys the coherence and further descents the performance of lidar. The numerical calculation shows that the odd and even interference fringes emerge in the whole interference pattern, and the odd interference term which represents the coherence is extremely sensitive to particle loss. The odd coherent states quantum lidar outperforms the performance achieved by the traditional coherent states(CS) lidar only in small loss regimes. However, in the noisy environments, OCRS gives the better resolution and sensitivity than CS in the regions of к0.3 and к0.06, respectively.
  • [1] Dowling, J P. Quantum optical metrology-the lowdown on high N00N states[J]. Contemp Phys, 2008, 49:125.
    [2] Caves C M. Quantum-mechanical noise in an interferometer[J]. Phys Rev D, 1981, 23:1693.
    [3] Wang Q, Zhang Y, Xu Y, et al. Pseudorandom modulation quantum secured lidar[J]. Optik-International Journal for Light and Electron Optics, 2015, 126:3344.
    [4] Wang Qiang, Zhang Yong, Hao Lili, et al. Super-resolving quantum LADAR with odd coherent superposition states sources at shot noise limit[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(9):2569. (in Chinese)
    [5] Boto A N, Kok P, Abrams D S, et al. Quantum interferometric optical lithography:exploiting entanglement to beat the diffraction limit[J]. Phys Rev Lett, 2000, 85:2733.
    [6] Kok P, Lee H, Dowling J P. Creation of large-photon-number path entanglement conditioned on photodetection[J]. Phys Rev A, 2002, 65:052104.
    [7] Sanders B C. Quantum dynamics of the nonlinear rotator and the effects of continual spin measurement[J]. Phys Rev A, 1989, 40:2417.
    [8] Gao Y, Anisimov P M, Wildfeuer C F, et al. Super-resolution at the shot-noise limit with coherent states and photon-number-resolving detectors[J]. J Opt Soc Am B, 2010, 27:A170.
    [9] Jiang K, Lee H, Gerry C C, et al. Super-resolving quantum radar:Coherent-state sources with homodyne detection suffice to beat the diffraction limit[J]. J Appl Phys, 2013, 114:193102.
    [10] Distante E, Je?ek M, Andersen U L. Deterministic superresolution with coherent states at the shot noise limit[J]. Phys Rev Lett, 2013, 111:033603.
    [11] Cohen L, Istrati D, Dovrat L, et al. Super-resolved phase measurements at the shot noise limit by parity measurement[J]. Optics Express, 2014, 22:11945.
    [12] Feng X M, Jin G R, Yang W. Quantum interferometry with binary-outcome measurements in the presence of phase diffusion[J]. Phys Rev A, 2014, 90:013807.
    [13] Glauber R J. Coherent and incoherent states of the radiation field[J]. Phys Rev, 1963, 131:2766.
    [14] Dodonov V V, Malkin I A, Man'Ko V I. Even and odd coherent states and excitations of a singular oscillator[J]. Physica, 1974, 72:597.
    [15] Brivio D, Cialdi S, Vezzoli S, et al. Experimental estimation of one-parameter qubit gates in the presence of phase diffusion[J]. Phys Rev A, 2010, 81:012305.
    [16] Genoni M G, Olivares S, Brivio D, et al. Optical interferometry in the presence of large phase diffusion[J]. Phys Rev A, 2012, 85:043817.
  • [1] 惠俊, 柴洪洲, 向民志, 杜祯强, 靳凯迪.  量子增强星载光子计数激光雷达阈值检测性能 . 红外与激光工程, 2023, 52(4): 20220469-1-20220469-11. doi: 10.3788/IRLA20220469
    [2] 高丽, 张晓莉, 马菁汀, 姚文秀, 王庆伟, 孙悦, 刘尊龙, 王雅君, 田龙, 郑耀辉.  基于集成量子压缩光源的量子增强多普勒激光雷达（特邀） . 红外与激光工程, 2021, 50(3): 20210031-1-20210031-7. doi: 10.3788/IRLA20210031
    [3] 郭静菁, 费晓燕, 葛鹏, 周安然, 王磊, 李正琦, 盛磊.  基于全光纤光子计数激光雷达的高分辨率三维成像 . 红外与激光工程, 2021, 50(7): 20210162-1-20210162-10. doi: 10.3788/IRLA20210162
    [4] 刘壮, 王超, 江伦, 史浩东.  低空高分辨率激光雷达光学系统设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(1): 20200117-1-20200117-7. doi: 10.3788/IRLA20200117
    [5] 张楠楠, 赵若灿, 孙东松, 韩淤利, 陈冲.  基于瑞利多普勒激光雷达的惯性重力波长期观测研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(S2): 20200351-20200351. doi: 10.3788/IRLA20200351
    [6] 龚道然, 李思宁, 姜鹏, 刘迪, 孙剑峰.  激光雷达三维距离像超分辨重构方法研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(8): 20190511-1-20190511-7. doi: 10.3788/IRLA20190511
    [7] 韩飞, 刘恒嘉, 孙东松, 韩於利, 张楠楠, 储嘉齐, 周安然, 蒋杉, 王元祖, 郑俊.  瑞利激光雷达超窄带滤光器参数设计及性能分析 . 红外与激光工程, 2020, 49(2): 0205003-0205003. doi: 10.3788/IRLA202049.0205003
    [8] 石鸣谦, 刘俊, 陈卓, 王漱明, 王振林, 祝世宁.  基于超构表面的非线性光学与量子光学 . 红外与激光工程, 2020, 49(9): 20201028-1-20201028-22. doi: 10.3788/IRLA20201028
    [9] 董俊发, 刘继桥, 朱小磊, 毕德仓, 竹孝鹏, 陈卫标.  星载高光谱分辨率激光雷达的高光谱探测分光比优化分析 . 红外与激光工程, 2019, 48(S2): 1-6. doi: 10.3788/IRLA201948.S205001
    [10] 刘永峰, 王年, 王峰, 李从利, 刘晓, 徐国明.  基于谱间相似性的高光谱图像稀疏超分辨率算法 . 红外与激光工程, 2019, 48(S1): 181-192. doi: 10.3788/IRLA201948.S128003
    [11] 李梓霂, 陈廷娣, 刘恒嘉, 孙东松, 王国成, 唐磊.  瑞利多普勒激光雷达超窄带滤光器的设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(10): 1030003-1030003(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1030003
    [12] 袁影, 王晓蕊, 吴雄雄, 穆江浩, 张艳.  多孔径压缩编码超分辨率大视场成像方法 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 824001-0824001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0824001
    [13] 朱进一, 谢永军.  采用衍射主镜的大口径激光雷达接收光学系统 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 518001-0518001(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0518001
    [14] 赵惠, 魏静萱, 庞志海, 刘美莹.  波前编码超分辨成像技术 . 红外与激光工程, 2016, 45(4): 422003-0422003(10). doi: 10.3788/IRLA201645.0422003
    [15] 王新伟, 刘晓泉, 游瑞蓉, 范松涛, 何军, 周燕.  距离选通超分辨率三维成像及其应用 . 红外与激光工程, 2016, 45(8): 824001-0824001(8). doi: 10.3788/IRLA201645.0824001
    [16] 韩燕, 孙东松, 翁宁泉, 窦贤康, 王建国, 张燕鸿.  60km车载瑞利测风激光雷达研制 . 红外与激光工程, 2015, 44(5): 1414-1419.
    [17] 王强, 张勇, 郝利丽, 靳辰飞, 杨旭, 徐璐, 杨成华, 赵远.  基于奇相干叠加态的超分辨率量子激光雷达 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2569-2574.
    [18] 高园园, 舒志峰, 孙东松, 夏海云, 张飞飞, 韩於利, 上官明佳.  积分球在瑞利测风激光雷达中的应用 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3547-3554.
    [19] 唐磊, 吴海滨, 孙东松, 舒志峰.  瑞利散射多普勒测风激光雷达系统误差分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3570-3576.
    [20] 赵培娥, 罗雄, 曹文勇, 赵彬, 冯立天, 李晓锋, 谭锦, 周鼎富.  应用Zoom FFT方法提高相干测风激光雷达频谱分辨率 . 红外与激光工程, 2014, 43(1): 98-102.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-02-15
  • 修回日期:  2018-05-11
  • 刊出日期:  2018-06-25

实际环境对量子激光雷达性能的影响

doi: 10.3788/IRLA201847.S106006
  • 1. 东北石油大学 物理系,黑龙江 大庆 163318;
  • 2. 绥化学院 电气工程学院,黑龙江 绥化 152000;
  • 3. 哈尔滨工业大学 物理系,黑龙江 哈尔滨 150001
    • 作者简介:

    王强(1980-),男,博士生,主要从事量子干涉、度量和传感方面的研究。Email:wangqiang8035@163.com

    通讯作者: 郝利丽(1981-),女,博士生,主要从事非线性光学和量子光学等方面的研究。Email:haolili0820@126.com
  • 收稿日期: 2018-02-15
  • 修回日期: 2018-05-11
  • 刊出日期: 2018-06-25
基金项目:

东北石油大学青年科学基金（NEPUQN2015-1-12）;东北石油大学国家自然科学基金培养基金（2017PYYL-07）;黑龙江省教育厅项目（12531838）;国家自然科学基金（51374072，51374072，41472126）

  • 中图分类号: O43;TN249

摘要: 研究了损耗和相位噪声对奇相干态（OCRS）量子激光雷达性能的影响。利用条件概率的一般表达式和奇偶光子计数探测方法推导了马赫-增德尔干涉仪（MZI）输出信号的平均值和相位灵敏度。从信号平均值的表达式中可以看出光子数损耗破坏了信号的相干性进而导致了激光雷达性能的下降。数值计算结果表明：输出信号的干涉花样中出现了奇偶相干项，且奇相干项对损耗及其敏感；系统的输出性能只有在小损耗区域内优于传统的激光雷达。而在噪声环境中，在噪声区域 к0.3内，奇相干态的信号的分辨率优于相干态，而在 к0.06区域内，奇相干态的奇偶光子计数探测信号的灵敏度好于相干态。

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