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用于量子的近红外相关光子自由空间源...
20 世纪早期之前，物理学语言建立了一个框架，理论上，所有现象对于近距离观察者来说都是可量化和可预测的。然而，随着量子力学的发现，这种确定性的世界观发生了根本性的改变，量子力学提出了真正的随机性和不可预测性。在过去的一个世纪里，许多突破性的实验都证明了这一基本定律，这些实验主要以光（量子）为中心。如今，人们越来越关注单光子的实际应用。在本论文中，我们研究了单光子的起源，并使用非线性光学过程设计了实验。深入研究细节，我们使用长度为 10、20 和 30 毫米的 ppKTP 晶体对二次谐波的产生进行了研究，并比较了结果，指出效率和温度带宽随长度变化的趋势相反。此外，我们还利用 BBO 晶体探索了下转换光子的数值和实验空间特性。还添加了一些结果来解释从相关光子对获得纠缠的过程。
日光自由空间量子密钥分布的理想波长
量子密钥分布（QKD）近年来从实验室原则证明到市售系统的成熟。主要的瓶颈之一是由于指数信号阻尼，纤维网络中的通信距离有限。可以使用跨洲际距离，可以使用低地球轨道卫星在大气上传输量子信号。这些自由空间链接只能在夜间运行，因为阳光否则将用于测量量子状态的检测器饱和。用于在具有连续可用性和高数据速率的全球量子互联网中应用QKD，需要在日光期间操作。在这项工作中，我们为不同的量子光源建模卫星到地量子通道，以在环境条件下识别自由空间QKD的最佳波长。日光量子通信在Fraunhofer线路或近红外频谱中可以进行，因为来自太阳的固有背景相当低。考虑到有限密钥效应的最高年度密钥长度在HαFraunhofer系列中可以实现。更重要的是，我们提供的基本模型通常可以根据所需的修改来适应任何其他特定的链接方案。我们还提出了一个基于可以实现此类方案的微孔子的六角硼硝化硼的颜色中心的真正单光子源。我们的结果也可以应用于屋顶的场景中，因此与近距离量子网络有关。
设计水下自由空间光通信系统的新方法
涉及多个水下航行器与海底节点的海洋观测系统对更好地了解海洋起着重要作用，而水下无线通信对于海量数据交互至关重要。与声学等方法相比，具有带宽和综合作用距离的光通信是首选方法。然而方向性的存在使得光学方法难以使用，特别是当收发器配备在动力航行器上时。本研究提出了一种水下自由空间光通信信息传输方法。研究并建模了水下光传输特性、光电信号处理和调制解调算法。提出并仿真了实现水下自由空间光通信的新方法。开发了包括自由空间光发射器和接收器的原型机，并进行了不同场景下的测试，观察到的结果包括：（1）使用最少数量的LED，达到了空间均匀照明的效果，发射机覆盖范围达到160°。 （2）当发射机功率为10W，通信速率为1Mbps时，最大通信距离可达13m。
低功耗手持移动设备的自由空间光学通信
本研究展示了一种使用移动设备进行基于阵列的自由空间光 (FSO) 通信的机器学习 (ML) 方法。现代作战人员需要非射频 (RF) 通信方法来消除与 RF 通信相关的风险，例如检测、窃听和干扰。FSO 通信有望实现巨大的吞吐量，并具有其他优势，例如低拦截/检测概率和抗干扰性。然而，大气条件会通过在信道上引入衰落和噪声，从而显著降低实现的性能。为了提高信道弹性和吞吐量，我们在发射器处使用激光阵列采用空间代码，并在信道字母表上训练多个 ML 模型以在接收器处提供高效解码。我们在训练过程中比较了单次检测 (SSD) MobileNet 模型与 You-Only-Look-Once 模型的性能，并使用训练后的 SSD MobileNet 模型演示了通过概念验证系统进行的数据传输。我们详细介绍了概念验证的硬件和软件实现，它使用手持移动设备和一系列低成本、低功耗激光器。未来的实验计划将结合前向误差校正和在现实条件下进行更远距离的测试。
117纤维辫子的自由空间干涉仪（MZI-001）
MZI-001是基于自由空间光学器件的纤维纤维紧凑型Mach-Zehnder干涉仪，用于检测光学频率的变化。该设备配备了两个快速光电电视器，用于平衡检测干涉仪的两个互补输出。设备的自由光谱范围（FSR）或零交叉间距被准确地定义为2％以内，这比全纤维方法具有明显的优势。此外，订购时可以从10 GHz到100 GHz的高度选择FSR，从而使其灵活地进行系统集成。最后，MZI-001的自由空间光学设计消除了通常与全纤维干涉仪相关的极化灵敏度。MZI-001非常适合在波长扫描的光源中应用，以确定其瞬时频率，OCT系统作为用于系统触发的频率时钟，用于检测传感信号光谱漂移的光纤传感器，以及用于检测激光器频率漂移的相干通信系统中。
表征自由空间路径损失：Sub-6GHz和毫米波
1,2,3部门尼日利亚河口河州立大学电气工程大学。摘要：自由空间传播中有一个自由空间路线损失，这是传播路径，在发射器和接收器之间没有障碍物。这被认为是无线电波信号在自由空间传输过程中的损失。为了构建尽管有潜在问题，可以尽可能有效地发挥作用的通信系统，必须确定路径损失。路径损失也已用于无线调查工具和无线电通信来确定天线的信号强度。鉴于无线设备（包括软件和调查工具）的重要性越来越重要，现在可以全面理解无线电路径丢失的想法是有益的。为了全面了解自由空间传播路径损失及其影响的因素，本文的主要目的是模拟现象。MATLAB软件在此过程中用于生成图形，从而为路径损耗提供清晰易于理解的表示。从低6频率范围中选择了两个频率，另外两个频率来自毫波频率范围，结果表明，随着距离的增加，自由空间路径损失增加，并且频率增加，并且毫米损失较大，但可以通过天线增益来减轻损失，并遵循其他建议。关键字：频率，自由空间传播，自由空间传播路径损失，无线电波传播。
光子霍普夫子的拓扑变换和自由空间传输
摘要。结构化光场体现了偏振、相位和振幅的强烈空间变化。通过它们的拓扑特性可以理解、表征和利用此类场。三维 (3D) 拓扑孤子，例如霍普夫子，是具有非平凡粒子状结构的 3D 局部连续场配置，表现出许多重要的拓扑保护特性。在这里，我们提出并展示了霍普夫子的光子对应物，它们具有霍普夫纤维化、霍普夫指数和从实空间矢量光束到代表偏振态的同伦超球面的霍普夫映射的精确特征。我们通过实验生成具有按需高阶霍普夫指数和独立控制拓扑纹理的光子霍普夫子，包括 Néel 类型、Bloch 类型和反斯盖明类型。我们还展示了光子霍普夫子的稳健自由空间传输，从而展示了霍普夫子在开发光学拓扑信息学和通信方面的潜力。
利用导波驱动的超表面塑造自由空间光
具有无与伦比的光可控性的超表面已显示出彻底改变传统光学的巨大潜力。然而，它们主要需要外部光激发，这使得它们很难完全集成到芯片上。另一方面，集成光子学可以将光学元件密集地封装在芯片上，但它限制了自由空间光的可控性。在这里，通过将超表面装在波导上，我们将导波塑造成任何所需的自由空间模式，以实现复杂的自由空间功能，例如平面外光束偏转和聚焦。这种超表面还打破了有源微环谐振器中顺时针和逆时针传播的回音壁模式的简并性，从而导致片上直接轨道角动量激光。我们的研究展示了一条跨集成光子学和自由空间平台完全控制光的可行途径，并为创建具有灵活访问自由空间的多功能光子集成设备铺平了道路，这使得通信、遥感、显示器等领域的大量应用成为可能。
用于自由空间量子通信的多模时延干涉仪
量子密钥分发 (QKD) 和超密集隐形传态等量子通信方案为安全地传递信息提供了独特的机会。光通信正日益扩展到自由空间信道，但自由空间信道中的大气湍流需要光接收器和测量基础设施来支持多种空间模式。本文，我们介绍了一种多模迈克尔逊型延时干涉仪，该干涉仪采用场展宽设计，用于测量自由空间通信方案中的相位编码状态。干涉仪采用玻璃光束路径构造，以提供热稳定性、场展宽角度公差和紧凑的占地面积。干涉仪的性能突出，单模和多模输入的测量可见度分别为 99.02 ± 0.05% 和 98.38 ± 0.01%。此外，还展示了针对任意空间模式结构和 ± 1.0 ◦ C 温度变化的高质量多模干涉。干涉仪测得的光路长度漂移接近室温，为 130 nm / ◦ C。借助此装置，我们展示了用于时间相位 QKD 的双峰多模单光子状态的测量，可见度为 97.37 ± 0.01%。