Nyheter fra University of Science and Technology of China (USTC), nylig, har LIDAR-teamet ledet av prof. Xianghui Xue gjort betydelige fremskritt i forskningen av kvante LIDAR-systemer. Teamet la for første gang frem teorien om vindmåling lidar basert på oppkonverteringskvanteinterferensprinsippet, og basert på denne teoretiske innovasjonen utviklet en prototype vellykket. Sammenlignet med den tradisjonelle koherente vindmålingsradaren, realiserer det nye systemet et dynamisk deteksjonsområde på 0-13km/s hastighet og en 7-dobling av deteksjonsfølsomheten. Dette resultatet ble publisert 15. august 2024 i ACS Photonics.
"See langt, se fint, måle raskt og måle nøyaktig" er målet for LIDAR. Enkeltfoton LIDAR oppnår enkeltfotonfølsomhetsdeteksjon sammenlignet med konvensjonell LIDAR, som har forbedret ytelsen betraktelig. Imidlertid er teorien om kvanteradar som bruker mer kvantepresisjonsmålingsprinsipper fortsatt i utviklingsstadiet. Siden oppdagelsen av to-foton (HOM) interferens i 1987, har HOM interferens blitt en sentral hjørnestein i å skille kvantefenomener fra klassisk fysikk, og markerer begynnelsen på en ny æra av kvanteutforskning.HOM interferens spiller ikke bare en grunnleggende rolle i presis tidsmålinger og kvantetilstandsanalyse, men er også sentral i ulike anvendelser innen kvanteinformasjonsbehandling. Innovasjonen av kvantepresisjonsmålingsteori og -applikasjon basert på HOM-interferens har blitt en aktuell forskningshotspot.
Xianghui Xues gruppe bruker HOM-interferens og kvantesletting av høyere orden for å få uavhengige fotoner fra forskjellige lyskilder til å vise kvanteinterferensfenomener, og utvikler et to-foton interferometrisk atmosfærisk lidarsystem basert på oppkonverteringsdetektorer basert på denne teorien. Denne tilnærmingen tilbyr enkeltfotonfølsomhet, høy kvanteeffektivitet, stor deteksjonsbåndbredde og anvendelighet med flere bølgelengder. Ved å bruke kvantesletting kombinert med en optisk komprimerende samplingsmetode, er dette kvanteradarsystemet i stand til å ta opp optiske signaler med en samplingshastighet på MHz over en båndbredde på 17 GHz (tilsvarer 13 km/s), noe som løser problemet med høy samplingshastighet og stor datalagringskapasitet for svake signaler i kontinuerlig deteksjon av ultrahøyhastighetsmål, og baner vei for å realisere deteksjon av ultrahøyhastighets kontinuerlige hastigheter opp til titalls kilometer/sekund.
Mer enn 17GHz deteksjonsbåndbredde, frekvensdeteksjonsfeil Mindre enn eller lik 60MHz (bølgelengdemålerfeil 60MHz)
I utmarkseksperimentet bruker kvanteinterferensradarsystemet 70 μJ energi til å realisere vindfeltdeteksjon i en horisontal avstand på 16 km, noe som oppnår en 7-dobling av deteksjonsfølsomheten med en vindfeltdeteksjonskonsistens på R{{3} }.997 sammenlignet med det eksisterende LiDAR-systemet.
Vindfeltdeteksjon på 16 km avstand ved bruk av 70μJ energi
Kjernen i denne teknologien er å utnytte to-foton-interferensfenomenet og forbedre signal-til-støy-forholdet ved å undertrykke støy gjennom kvantesletting. To-foton interferens er et kvanteoptisk fenomen der to fotoner forstyrrer hverandre og korrelasjoner observeres selv når de ikke er tilstede samtidig. Kvantesletting, derimot, er en kvantemekanisk prosess som kan brukes til å eliminere eller gjenopprette tilstanden til kvantesammenfiltring mellom to fotoner ved å manipulere flere fotoner.
Telemetri har vist at teknikken har stort potensial for svake signalmålinger. Optiske frekvenser kan detekteres uten bruk av en frekvensdiskrimineringsenhet, en ny deteksjonsmetode som kombinerer fordelene med direkte og koherent deteksjon. Radarsystemet har blitt fiberoptisk integrert og komprimert, med potensielle fremtidige applikasjoner for kontinuerlig fjernmåling av ultrahøyhastighets bevegelige harde og myke mål.
