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超快激光3D打印无机材料技术及应用(特邀)
1
作者 廖常锐 方浩锐 +3 位作者 朱德志 何智明 陈文涛 王义平 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第4期64-85,共22页
无机材料因其卓越的机械性能、化学稳定性和耐高温特性,广泛应用于航空航天、电子设备、光学器件等领域。然而,传统无机材料制造方法因工艺复杂、精度不足等限制难以满足高性能器件需求,而飞秒激光三维(3D)打印技术凭借其适用多种材料... 无机材料因其卓越的机械性能、化学稳定性和耐高温特性,广泛应用于航空航天、电子设备、光学器件等领域。然而,传统无机材料制造方法因工艺复杂、精度不足等限制难以满足高性能器件需求,而飞秒激光三维(3D)打印技术凭借其适用多种材料的能力和出色的空间分辨率,为无机微纳结构制造开辟了新路径。近年来,基于无机材料的飞秒激光3 D打印技术取得了重要进展,涵盖有机-无机复合材料和纯无机材料两大工艺。复合材料打印通过将无机成分掺入有机树脂光刻胶,结合双光子聚合技术(TPP)制备高性能结构;纯无机材料打印则直接利用无机前驱体或纳米颗粒,通过激光诱导反应构建无机结构。相比传统工艺,该技术在光学微器件、微机电系统(MEMS)及生命科学等领域展现出显著优势。然而,其在材料选择、加工效率和结构稳定性方面仍面临挑战。本报告系统总结了飞秒激光3D打印无机材料的工艺与应用进展,并深入探讨了其技术瓶颈及解决方案。未来,随着新型光敏材料、共混技术和激光打印方法的发展,该技术有望实现更高效、更精确的微纳制造,并在复杂光纤系统、微纳光子学及生命科学等领域展现更广阔的应用前景。 展开更多
关键词 飞秒激光3D打印 无机材料 光学器件 MEMS传感 生命科学
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啁啾脉冲激发的瞬态双光子跃迁探究
2
作者 任立庆 杨易达 魏迎春 《物理学报》 北大核心 2025年第18期160-168,共9页
在强场激发的一般情况下,斯塔克效应对于瞬态双光子跃迁具有重要影响,且该过程的解析描述具有很大挑战.本文采用解析求解与数值模拟相结合的方法,系统研究了弱场和强场啁啾脉冲激发的瞬态双光子跃迁过程,揭示了光场强度、啁啾因子、失... 在强场激发的一般情况下,斯塔克效应对于瞬态双光子跃迁具有重要影响,且该过程的解析描述具有很大挑战.本文采用解析求解与数值模拟相结合的方法,系统研究了弱场和强场啁啾脉冲激发的瞬态双光子跃迁过程,揭示了光场强度、啁啾因子、失谐量等参数对双光子跃迁概率时域演化的重要影响.首先,本文利用二阶微扰理论得到了双光子时域跃迁概率振幅的近似解析解表达式.该解析解表明,弱场激发的瞬态双光子跃迁过程类似于菲涅耳直边衍射效应.随着光场强度的增强,斯塔克效应对双光子跃迁的影响随之增强.其次,本文通过一系列近似处理得到了强场作用下薛定谔方程的近似解析解.此解析解表明,强场斯塔克效应引起能级分裂使得双光子跃迁概率时域的对称性遭到了破坏,其频域过程类似于“双缝干涉”效应.研究结果表明,强场激发时布居转移效率与光场强度具有重要关系,而啁啾因子不仅可以调节布居转移效率和时间位置,还可以改变布居概率在时域的振荡频率.这对于强场激发的布居概率时域演化描述提供了新思路,并对双光子显微成像研究提供了科学依据. 展开更多
关键词 双光子跃迁 瞬态过程 微扰理论 啁啾因子
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极性分子强场超快电离动力学理论研究进展
3
作者 陈彦军 张春艳 +1 位作者 车佳殷 王赏 《华中科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第9期1-10,共10页
介绍了考虑极性分子不对称库仑势及固有偶极效应修正的强场模型.利用该模型解释了线偏振激光场中极性分子光电子动量分布的左右不对称结构,即固有偶极效应导致极性分子在前后两个连续半周期电离不对称,而前后半个周期不对称的库仑作用... 介绍了考虑极性分子不对称库仑势及固有偶极效应修正的强场模型.利用该模型解释了线偏振激光场中极性分子光电子动量分布的左右不对称结构,即固有偶极效应导致极性分子在前后两个连续半周期电离不对称,而前后半个周期不对称的库仑作用进一步导致光电子动量分布的不对称;进一步利用该模型,通过提取正交双色场中极性分子动量分布不同象限的权重比值,可以在激光亚周期分辨极性分子基态及激发态电离通道,并提取库仑诱导电离时间延迟的信息;在上述工作基础上,介绍了考虑库仑效应校准的阿秒钟方案,利用该方案可以提取激光亚周期极性分子电离时间延迟信息,并通过相对电离时间延迟分辨固有偶极效应的影响. 展开更多
关键词 极性分子 强场电离 固有偶极 不对称电离 光电子动量分布 阿秒探测
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扩展Dicke模型中的量子相变和Berry相
4
作者 赵秀琴 张文慧 白晶 《光学学报(网络版)》 2025年第20期27-35,共9页
采用对比的方法,突出了扩展Dicke模型和标准Dicke模型的不同,主要体现在模型和哈密顿量、基态能量泛函、系统的基态物理量的分布,以及量子相变的相图、量子临界性和Berry相等方面。扩展Dicke模型是在标准Dicke模型的基础上,增加了有一... 采用对比的方法,突出了扩展Dicke模型和标准Dicke模型的不同,主要体现在模型和哈密顿量、基态能量泛函、系统的基态物理量的分布,以及量子相变的相图、量子临界性和Berry相等方面。扩展Dicke模型是在标准Dicke模型的基础上,增加了有一定频率的强泵浦场驱动光学晶体,产生光学放大作用,引起腔场压缩;在哈密顿量中增加了增益系数的光场振幅平方压缩项;应用自旋相干态变分法得到基态能量泛函。研究了两个增益系数对相变点、平均光子数、原子布居数差、平均基态能量、Berry相及其一阶导数的影响,这些量可作为序参数来描述量子相变的特征,尤其是Berry相与平均光子数有直接的联系。通过改变泵浦场的强度,可以改变增益系数的大小,从而控制量子相变点和平均光子数的分布,使得低强度激光进入超辐射区域成为可能。通过探测光子数的变化有助于实验检测Berry相的变化和量子相变的发生,Berry相一阶导数在临界点的突变有助于分析量子相变的发生。 展开更多
关键词 扩展Dicke模型 自旋相干态变分法 量子相变 BERRY相
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分数阶涡旋光衍射过程的机器学习识别 被引量：3
5
作者 郭焱 吕恒 +2 位作者 丁春玲 袁晨智 金锐博 《物理学报》 北大核心 2025年第1期151-158,共8页
分数阶涡旋光束具有分数轨道角动量(fractional orbital angular momentum,FOAM)模式,理论上可以无限增加传输容量,因此在光通信领域具有巨大的应用前景.然而,分数阶涡旋光束在自由空间传播时,螺旋相位的不连续性使其在实际应用中容易... 分数阶涡旋光束具有分数轨道角动量(fractional orbital angular momentum,FOAM)模式,理论上可以无限增加传输容量,因此在光通信领域具有巨大的应用前景.然而,分数阶涡旋光束在自由空间传播时,螺旋相位的不连续性使其在实际应用中容易受到衍射的影响,进而影响FOAM阶次识别的准确度,严重制约基于FOAM的实际应用.如何实现有衍射条件下的分数阶涡旋光的机器学习识别,目前仍是一个亟需解决且少见诸报道的问题.本文提出一种基于残差网络(residual network,ResNet)的深度学习(deep learning,DL)方法,用于精确识别分数阶涡旋光衍射过程的传播距离和拓扑荷值.实验结果表明,该方法可以在湍流条件下识别传播距离为100 cm,间隔为5 cm,模式间隔为0.1的FOAM模式,准确率为99.69%.该技术有助于推动FOAM模式在测距、光通信、微粒子操作等领域的实际应用. 展开更多
关键词 分数阶涡旋光束 机器学习 大气湍流 残差网络
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超宽带简并光参量放大中的寄生效应
6
作者 李纲 杨雷 +4 位作者 黄征 谢娜 卢峰 蒋东镔 周凯南 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第6期28-34,共7页
详细研究了在走离补偿及非走离补偿两种方式下,钛宝石(Ti:sapphire)激光倍频泵浦的非共线超宽带简并光参量放大中二次谐波寄生效应的影响。研究表明,在非走离补偿方式下,通过适当增加泵浦光与信号光的非共线角,在确保信号光宽光谱放大... 详细研究了在走离补偿及非走离补偿两种方式下,钛宝石(Ti:sapphire)激光倍频泵浦的非共线超宽带简并光参量放大中二次谐波寄生效应的影响。研究表明,在非走离补偿方式下,通过适当增加泵浦光与信号光的非共线角,在确保信号光宽光谱放大的同时,可以有效降低二次谐波寄生效应对信号光输出光谱的影响。获得了不同泵浦光光谱带宽下,简并光参量放大的信号光输出光谱及输出通量演化规律,明确了在给定信号光输出光谱带宽下对泵浦光光谱带宽的要求。研究结果为基于简并光参量放大的超宽带高时域对比度飞秒种子光产生提供设计依据。 展开更多
关键词 超宽带简并光参量放大 二次谐波 寄生效应 走离补偿
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La_(3)Ga_(5.5)Nb_(0.5)O_(14)晶体生长及非线性光学性能研究进展
7
作者 顾洪旭 韩金锋 +4 位作者 路大治 梁飞 武奎 于浩海 张怀金 《硅酸盐学报》 北大核心 2025年第12期3484-3493,共10页
铌酸镓镧晶体(La_(3)Ga_(5.5)Nb_(0.5)O_(14),LGN)作为重要的中红外(2~20μm)非线性光学材料,具有宽的光谱透过范围(0.28~7.40μm)、大的二阶非线性系数(d11=(3.0±0.1)pm/V)及高的激光损伤阈值(>1.41 GW/cm^(2)@1064 nm),成为... 铌酸镓镧晶体(La_(3)Ga_(5.5)Nb_(0.5)O_(14),LGN)作为重要的中红外(2~20μm)非线性光学材料,具有宽的光谱透过范围(0.28~7.40μm)、大的二阶非线性系数(d11=(3.0±0.1)pm/V)及高的激光损伤阈值(>1.41 GW/cm^(2)@1064 nm),成为高功率中红外激光系统急需的优异晶体材料。本文总结了LGN晶体的结构特性、大尺寸生长技术、性能表征以及激光应用的研究进展。针对晶体生长过程中的热应力开裂与组分挥发难题,通过优化温场梯度、改善生长参数,成功制备直径80 mm大尺寸高质量单晶,为目前国际上尺寸最大的光学级LGN单晶。首次提出通过组分调控实现双折射色散与非线性系数的协同优化策略,开发出La_(3)(Nb_(1-x)Tax)_(0.5)Ga_(5.5)O_(14)(LGNTx)系列固溶体单晶,极大提升了有效非线性系数。利用LGN晶体差频产生技术实现了4.4~5.7μm中红外输出,而LGNTx混晶则将差频输出波长进一步扩展至6.84μm,这是目前氧化物晶体连续调谐输出的最长差频产生波长。上述研究结果为未来新型中红外非线性光学材料设计以及LGN晶体的规模化使用提供了重要的理论依据和应用前景。 展开更多
关键词 铌酸镓镧 提拉法 晶体生长 非线性光学 中红外激光
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基于色散渐减光纤的自相似子激光器优化设计
8
作者 陈楚浜 张巧芬 +3 位作者 吴铭扬 王桂棠 吴黎明 邓耀华 《激光技术》 北大核心 2025年第1期98-105,共8页
为了提高自相似子激光器可容忍的最高增益饱和能量,基于脉冲在色散渐减光纤(DDF)中进行自相似演化时具有较强抗光波分裂特性的原理,采用DDF替代自相似子激光器中的单模光纤(SMF)的方法,进行了理论分析和仿真验证。结果表明,DDF替代SMF后... 为了提高自相似子激光器可容忍的最高增益饱和能量,基于脉冲在色散渐减光纤(DDF)中进行自相似演化时具有较强抗光波分裂特性的原理,采用DDF替代自相似子激光器中的单模光纤(SMF)的方法,进行了理论分析和仿真验证。结果表明,DDF替代SMF后,激光器可容忍的最高增益饱和能量增大33.3%,激光器的输出脉冲能量提高109.2%,脉冲峰值功率提高20.6%,脉宽缩短23.1%,自相似评价因子从0.077降低到0.065;在自相似子激光器中利用DDF替代SMF进行脉冲演化可有效提高激光器的最大增益饱和能量,进而使激光器的输出自相似脉冲的脉冲能量更大、脉冲峰值功率更高、脉宽更窄、脉冲质量更高。此研究对获取高功率自相似脉冲具有一定参考价值。 展开更多
关键词 激光器 非线性光学 自相似脉冲 增益饱和能量
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一种高功率窄线宽偏振光纤激光器研究
9
作者 张雪霞 张昆 +6 位作者 张利明 熊文豪 李尧 高平 赵鸿 解子俨 邓宇 《激光与红外》 北大核心 2025年第4期501-504,共4页
高功率窄线宽光纤激光器因其低噪声、可靠性好、电光转换效率高、相干性好和高光束质量等优异的性能,在精密测量、激光雷达、光谱分析及非线性光学应用等领域展现出巨大的潜力。本文选用种子、多级预放和主放的方式对窄线宽偏振光纤激... 高功率窄线宽光纤激光器因其低噪声、可靠性好、电光转换效率高、相干性好和高光束质量等优异的性能,在精密测量、激光雷达、光谱分析及非线性光学应用等领域展现出巨大的潜力。本文选用种子、多级预放和主放的方式对窄线宽偏振光纤激光器进行了研究。实验中,1056nm波段的窄线宽种子光经过多级预放后,功率输出20W,然后注入到双向泵浦的主放大系统中。激光器的包层光剥离器直接在光纤熔点处制作,这样既可以减少光路熔点,又可以简化激光器结构。通过优化主放大系统前后泵浦光比例,当泵浦电流为11.2A时,激光器的输出功率为2.505kW,激光器的光-光转化效率为83%。后期继续增加泵浦功率,可以获得更高功率输出。 展开更多
关键词 激光器 光纤激光器 窄线宽 高功率
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基于半导体环形激光器的双路混沌同步
10
作者 蒋再富 张定梅 《激光杂志》 北大核心 2025年第1期34-39,共6页
为了拓展半导体环形激光器在混沌保密通信中的应用,构建了一种简单的混沌同步结构,利用功率谱和互相关技术研究了半导体环形激光器在相位光反馈下的动力学特性,并对同步质量进行了优化分析。研究表明,半导体环形激光器在相位光反馈下能... 为了拓展半导体环形激光器在混沌保密通信中的应用,构建了一种简单的混沌同步结构,利用功率谱和互相关技术研究了半导体环形激光器在相位光反馈下的动力学特性,并对同步质量进行了优化分析。研究表明,半导体环形激光器在相位光反馈下能展现出丰富的非线性动力学态。对于固定的频率失谐值,同步系数随着注入系数的增加而增加,而对于较大的注入系数,频率失谐对同步性能的影响将减弱。同时也讨论了电流失配的影响,发现注入系数越大电流失配对同步性能影响越小。最后研究了反馈相位不相同的情况,发现两个模式混沌信号不相同也能进行同步,这增加了同步通信的安全性。研究结果可为半导体环形激光器在混沌保密通信中的应用提供参考。 展开更多
关键词 非线性光学 同步 互相关 半导体环形激光器 混沌
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基于三阶非线性光学效应实现直接三倍频研究进展
11
作者 郭小天 梁飞 +1 位作者 于浩海 张怀金 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第10期1671-1686,共16页
三阶非线性光学效应是一种非常基础且具有广泛应用的光学现象,在激光波长拓展、激光调制、光谱分析等众多领域具有重要的应用价值。直接三倍频(THG)是一种典型的三阶非线性光学过程,可以将激光波长缩短至基频波长的1/3,光子能量提高3倍... 三阶非线性光学效应是一种非常基础且具有广泛应用的光学现象,在激光波长拓展、激光调制、光谱分析等众多领域具有重要的应用价值。直接三倍频(THG)是一种典型的三阶非线性光学过程,可以将激光波长缩短至基频波长的1/3,光子能量提高3倍。通过THG过程能够将红外光向更短波长的可见、紫外乃至真空紫外转换,提高激光器件集成度,制作尺寸更小、性能更优的电子和光学元件,满足激光加工、制造等前沿领域对特定波长激光的重要需求。此外,利用THG的逆过程可以实现光学参量下转换,产生多个光子的纠缠态,有望制备高效率、高维度的量子光源,对下一代量子密钥分发、量子隐形传态等前沿应用具有重要意义。本文从直接三倍频产生的基本原理出发,分析了THG过程需要满足的能量守恒和动量守恒条件,总结了体块非线性晶体、拓扑半金属、近零介电常数薄膜和硅基超表面等材料体系THG的发展现状,并综合比较了各类材料体系实现THG的波长范围和转换效率。最后讨论了非线性晶体实现高效THG面临的挑战,并对直接THG的前景和趋势进行了展望。 展开更多
关键词 非线性晶体 拓扑半金属 直接三倍频 三阶非线性光学效应 相位匹配
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基于频率转移的红外辐亮度绝对测量技术研究
12
作者 刘宇豪 夏茂鹏 +1 位作者 郑小兵 翟文超 《光子学报》 北大核心 2025年第4期34-44,共11页
基于频率转移技术提出了一种新型红外绝对辐亮度测量方法,实现了红外光源在3390 nm的绝对辐亮度测量,将光量子“无溯源”定标技术拓展至中波红外。首先,用775 nm连续激光泵浦非周期性极化铌酸锂下转换产生1005 nm/3390 nm非简并相关光子... 基于频率转移技术提出了一种新型红外绝对辐亮度测量方法,实现了红外光源在3390 nm的绝对辐亮度测量,将光量子“无溯源”定标技术拓展至中波红外。首先,用775 nm连续激光泵浦非周期性极化铌酸锂下转换产生1005 nm/3390 nm非简并相关光子对,再利用上转移技术将3390 nm转换至810 nm,采用参量下转换时间符合法绝对定标上转换单光子探测器在3390 nm绝对通道量子效率,结合光路的孔径与视场,实现绝对功率响应度至绝对辐亮度定标转换。介绍了基于相关光子时间特性的探测效率定标方法和频率转移的实验装置,分析了死时间、后脉冲、意外符合、非公共部分光路差异性等问题。然后,用定标光路测量了黑体辐射源在125℃~200℃共4个温度点下3390 nm的辐亮度,将测量结果与普朗克公式计算辐亮度结果进行对比验证,得到的最大差异为4.3%。研究结果表明,利用下转换和上转换相结合能将相关光子定标技术拓展至中波红外,对实现3000 nm后的中波红外绝对辐射测量有潜在的应用价值。 展开更多
关键词 自发参量下转换 频率上转换 黑体辐射 辐亮度定标 PPLN晶体
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双光注入半导体激光器产生高质量光子微波信号
13
作者 张定梅 蒋再富 +1 位作者 汤蕊旖 汪金辉 《激光杂志》 北大核心 2025年第5期54-58,共5页
光子微波信号的线宽和带宽是影响其实际应用的关键指标,针对单光注入半导体激光器产生的微波信号质量不高的问题,提出了一种基于双光注入半导体激光器产生窄线宽、宽带宽微波信号的方案。实验结果表明:双光注入产生的微波频率比单光注... 光子微波信号的线宽和带宽是影响其实际应用的关键指标,针对单光注入半导体激光器产生的微波信号质量不高的问题,提出了一种基于双光注入半导体激光器产生窄线宽、宽带宽微波信号的方案。实验结果表明:双光注入产生的微波频率比单光注入要更加稳定;双光注入下的微波线宽在10 kHz左右,明显要低于单光注入的1 MHz数量级。此外,通过适当调节注入参数,双光注入的带宽可达1 THz以上。说明双光注入产生的光子微波信号的性能明显优于单光注入,这为高质量光子微波的产生增加了一个新的途径。 展开更多
关键词 非线性光学 半导体激光器 光子微波 光注入
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1700 nm波段激发荧光珠的多光子性质
14
作者 严洁媚 张颖娴 +2 位作者 汤思佳 邱娉 王科 《深圳大学学报(理工版)》 北大核心 2025年第3期351-356,共6页
荧光珠在生物医学和技术领域具有广泛应用,在1700 nm这一适合深层生物组织成像的波段,目前缺乏有效的荧光珠多光子性质表征技术.针对这一问题,利用自建的1700 nm波段多光子成像系统,对普通商用荧光珠(Fluosphere)和聚苯乙烯量子点荧光... 荧光珠在生物医学和技术领域具有广泛应用,在1700 nm这一适合深层生物组织成像的波段,目前缺乏有效的荧光珠多光子性质表征技术.针对这一问题,利用自建的1700 nm波段多光子成像系统,对普通商用荧光珠(Fluosphere)和聚苯乙烯量子点荧光珠的多光子性质进行表征.通过多光子成像技术,判定荧光珠的多光子激发阶数和相对多光子作用截面,对比其多光子亮度;研究荧光珠的光漂白性质,评估其光稳定性;利用多光子成像进一步确定成像系统的空间分辨率.结果表明,在1700 nm波段Fluosphere的相对作用截面和稳定性优于量子点荧光珠,且成像用多光子显微镜空间分辨率达到亚微米量级.该结果可为多光子成像中荧光珠的选取提供依据,并为成像系统空间分辨率标定提供实验参考. 展开更多
关键词 光学工程 荧光珠 多光子显微成像 作用截面 空间分辨率 光稳定性
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小型化单频窄线宽非平面环形腔激光器
15
作者 肖佳汶 余洋 +1 位作者 焦雨凇 高春清 《激光与红外》 北大核心 2025年第9期1359-1365,共7页
单频窄线宽固体激光器被广泛用于激光雷达和相干通信等领域,小型化激光器是许多应用的需求。本文报道了两种小型化的LD泵浦的Nd∶YAG单块非平面环形腔(NPRO)单频固体激光器。小型化单频激光器1的整体尺寸为100mm×100mm×196mm,... 单频窄线宽固体激光器被广泛用于激光雷达和相干通信等领域,小型化激光器是许多应用的需求。本文报道了两种小型化的LD泵浦的Nd∶YAG单块非平面环形腔(NPRO)单频固体激光器。小型化单频激光器1的整体尺寸为100mm×100mm×196mm,1064nm单频激光输出功率118W。通过使用非光纤耦合的LD直接输出泵浦,获得了尺寸更小、结构更加紧凑的激光器2,其整体尺寸只有37mm×48mm×24mm,内部包含所有光学元件与温控元件,单频激光输出功率410mW,1小时的稳定性为036(RMS)。通过以上两种两激光器的拍频测量了激光线宽,其线宽均优于482kHz。 展开更多
关键词 激光器 单频激光器 小型化 非平面环形腔 窄线宽
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热原子系统中非耗散反PT对称奇异点的观测
16
作者 黄铖楠 钮月萍 +1 位作者 龚尚庆 张示城 《华东理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期285-290,共6页
非厄米系统在奇异点(Exceptional points, EPs)附近对非厄米参量有着极高的灵敏度,这使得基于EP的精密传感在诸多领域得到应用。然而,传统的宇称时间反演(Parity-time,PT)对称系统需要引入增益和损耗,这会引起量子噪声问题。反PT对称系... 非厄米系统在奇异点(Exceptional points, EPs)附近对非厄米参量有着极高的灵敏度,这使得基于EP的精密传感在诸多领域得到应用。然而,传统的宇称时间反演(Parity-time,PT)对称系统需要引入增益和损耗,这会引起量子噪声问题。反PT对称系统可以在不引入线性增益和损耗的同时保持高灵敏度,但是热原子非耗散反PT对称系统中EP的实验观测仍是一个难点。本文通过热原子系统的远失谐四波混频效应证明了非耗散反PT对称性,并通过实验观察到EP,有望为室温条件下的量子传感和量子信息处理等应用提供一种可行的方案。 展开更多
关键词 反PT对称 EP 热原子 四波混频 非厄米
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