金強(qiáng)強(qiáng)-開題報(bào)告

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1、蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）幵題報(bào)告數(shù)學(xué)與物理系2015屆光信息科學(xué)與技術(shù)班學(xué)生姓名金強(qiáng)強(qiáng)學(xué)號(hào)511050002課題名稱基于光栗浦效應(yīng)的銫原子濾波器的研究一、本課題的作用、意義，在國(guó)內(nèi)外的研宄現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，尚待研宄的問(wèn)題1、本課題的作用與意義：量子計(jì)算、量子通訊和量子密碼術(shù)作為量子信息的三個(gè)主要研究領(lǐng)域，由于其誘人的應(yīng)用前景,已成為學(xué)術(shù)界的熱門課題，其中量子通訊由于其獨(dú)特的安全性和高效性引起人們廣泛的關(guān)注,但是由于量子通訊中通訊誤碼率隨著傳輸距離的增大而指數(shù)增加，限制了遠(yuǎn)距離量子通訊的實(shí)現(xiàn)。目前基于原子系綜實(shí)現(xiàn)量子存儲(chǔ)常用的方案有基于EIT效應(yīng)?；?/p>

2、原子系綜內(nèi)光與多能級(jí)原子相互作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)特定光的提取，是基于原子系綜實(shí)現(xiàn)光存儲(chǔ)的一個(gè)重要問(wèn)題。例如基于大失諧雙光子拉曼過(guò)程實(shí)現(xiàn)量子存儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)中，為了探測(cè)微弱的信號(hào)光，必須將光強(qiáng)較強(qiáng)且頻率與信號(hào)光相差GHz的寫/讀激光脈沖以及由寫/讀激光脈沖導(dǎo)致的熒光背景從信號(hào)光脈沖中濾除，此時(shí)濾波器對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的成敗起到了關(guān)鍵性的作用。通常所用的薄膜干涉濾光片其帶寬較寬（100GHz）,對(duì)于窄帶寬的激光信號(hào)，人們采用激光泵浦的原子氣室作為濾波器濾除不想要的光。原子濾波器在基于EIT和大失諧雙光子拉曼過(guò)程實(shí)現(xiàn)量子存儲(chǔ)中的應(yīng)用。為了成功探測(cè)微弱的信號(hào)光脈沖，同時(shí)抑制光強(qiáng)

3、較強(qiáng)的耦合光，合理設(shè)計(jì)了原子濾波器用于濾波。對(duì)于探測(cè)單光子量級(jí)光脈沖信號(hào)，需要較高抑制比的濾波器。采用原子濾波器的方式，以獲得與原子躍遷頻率任意失諧的激光頻率，該工作為基于大失諧雙光子拉曼過(guò)程實(shí)現(xiàn)量子存儲(chǔ)奠定了基礎(chǔ)。2、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)：20世紀(jì)60年代起，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器的發(fā)展上了一個(gè)新臺(tái)階，朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價(jià)廉等方向努力，其中高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠成為70年代以后的主攻方向，導(dǎo)致數(shù)字濾波器、RC有源濾波器、開關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)移器等各種濾波器的飛速發(fā)展。到70年代后

4、期，上述幾種濾波器的單片集成己被研制出來(lái)并得到應(yīng)用，90年代至現(xiàn)在主要致力于把各類濾波器應(yīng)用于各類產(chǎn)品的開發(fā)和研制。Mathematics軟件為濾波的研究和應(yīng)用提供了一個(gè)直觀、高效、便捷的利器。基于光與原子相互作用將原子制備到特定的精細(xì)態(tài)或超精細(xì)態(tài)已經(jīng)激發(fā)了很多人濃厚的興趣，用于原子態(tài)制備的光泵浦作用在很多物理過(guò)程中都扮演了很重要的角色，如受激拉曼絕熱輸運(yùn)，相干布居俘獲、電磁誘導(dǎo)透明以及原子濾波器等。原子濾波器通過(guò)一個(gè)原子氣室以及合適的外加媒介（如磁場(chǎng)或者激光場(chǎng)）來(lái)改變?cè)託馐业奈栈蛘呱⑿再|(zhì)。上世紀(jì)70年代，原子共振濾波器（ARF）通過(guò)原子蒸汽的碰

5、撞、躍遷以及其他方式對(duì)信號(hào)光吸收、轉(zhuǎn)移進(jìn)而輻射出新的波長(zhǎng)的光，具有超高Q值，大接受視角等特點(diǎn)，90年代法拉第反常色散原子濾波器（FADOF〉利用縱向磁場(chǎng)引起原子共振躍遷線附近的法拉第反常色散，得到了廣泛研究。1995年人們利用激光場(chǎng)導(dǎo)致原子介質(zhì)的二向色性實(shí)現(xiàn)了二向色性原子濾波器（IDEALF），該濾波器得到了快速的發(fā)展，2002年，L.D.Turner等人在鉀原子氣室中通過(guò)原子速度選擇效應(yīng)獲得亞多普勒帶寬的原子濾波器，2009AiessandroCere等人基于銣原子基態(tài)之間的躍遷實(shí)現(xiàn)了窄帶寬濾波器，其峰值透射率為14.6%,帶寬80M1L，邊帶抑制比

6、彡35dB。原子濾波器工作波長(zhǎng)主要由原子躍遷譜線的波長(zhǎng)決定，可用于近紅外、可見光以及紫外光很多波段下，而且其帶寬較窄，使得接收端信號(hào)信噪比大大提高，可將其用于在連續(xù)強(qiáng)背景光中探測(cè)微弱信號(hào)。近幾年來(lái)，人們又開發(fā)了一種新型原子濾波器，采用選擇性的光泵浦導(dǎo)致的各向異性來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波。為了達(dá)到在光量子信息存儲(chǔ)與釋放中，選擇堿金屬原子的亞穩(wěn)態(tài)超精細(xì)基態(tài)作為八型E1T系統(tǒng)的基態(tài)。幾年來(lái)，在一些領(lǐng)域又出現(xiàn)采用大失諧Raman過(guò)程來(lái)進(jìn)行光信息的存儲(chǔ)，為量子信息的發(fā)展提供了一條新的途徑。但是無(wú)論采用何種辦法，最小都要把耦合光的強(qiáng)度提升到幾百毫瓦量級(jí)，甚至更高。在未來(lái)，無(wú)論研

7、制何種濾波器，都必須滿足原子存儲(chǔ)的頻率相差幾個(gè)GHz的濾波器。我國(guó)廣泛使用濾波器是50年代后期的事，當(dāng)時(shí)主要用于話路濾波和報(bào)路濾波。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，我國(guó)濾波器在研制、生產(chǎn)和應(yīng)用方面已納入國(guó)際步伐，但由于缺少專門研究的部門。集成工藝和材料工藝跟不上來(lái)，使得我國(guó)許多新型濾波器的研制應(yīng)用與國(guó)際發(fā)展有一段距離。3、尚待研究問(wèn)題：在銫原子濾波器中，為了有效避免泵浦光對(duì)微弱信號(hào)光的干擾，進(jìn)而研究了探測(cè)光透射率與泵浦光光強(qiáng)的關(guān)系。由于原子濾波器只適用于過(guò)濾頻率共振以及近共振于原子躍遷線的光信號(hào)，對(duì)于頻率遠(yuǎn)失諧于原子躍遷線的激光，原子濾波器已不再適用，且裝置復(fù)雜

8、。傳統(tǒng)方案中一般采用將泵浦光與探測(cè)光以小角度（＜2o）相向穿過(guò)銫泡，此方案缺點(diǎn)在于泵浦光進(jìn)入銫