单光子水平下的超快电光时频分数阶傅里叶成像
光学
2024-03-06 v2 量子物理
摘要
分数阶傅里叶变换(FRT)对应于相空间(例如时频(TF)空间)中的任意角度旋转,并推广了具有根本重要性的傅里叶变换。FRT 的应用范围从经典信号处理(例如时间相关噪声最优滤波)到新兴量子技术(例如超分辨 TF 成像),这些技术依赖或受益于相干低噪声 TF 操作。本文提出了一种通用、低噪声且与单光子兼容的 FRT 实现方案。光学 TF FRT 可合成为光谱色散器、时间透镜和另一个光谱色散器的串联。依靠最先进的电光调制器(EOM)作为时间透镜,我们的方法避免了基于非线性相互作用(如波混频、交叉相位调制或参量过程)的替代方案所固有的附加噪声。对 EOM 驱动射频信号的精确控制实现了对 FRT 角度的快速全电子控制。在实验中,我们展示了针对近红外(800 nm)相干时间分离 11.5 ps 宽脉冲对的高达 1.63 rad 的 FRT 角度。我们观察到在强光与单光子水平体制下,以及一系列脉冲分离(20 ps 至 26.67 ps)中,模拟与实测输出谱之间良好的一致。此外,建立了最大 FRT 角度与带宽之间的权衡,当前装置可容纳高达 248 GHz 的带宽。随着 EOM 片上集成的持续进展,我们预见其在经典与量子体制下全光 TF 处理中具备优异的可扩展性与广泛应用。
引用
@article{arxiv.2307.01141,
title = {Ultrafast electro-optic Time-Frequency Fractional Fourier Imaging at the Single-Photon Level},
author = {Michał Lipka and Michał Parniak},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.01141},
year = {2024}
}
备注
15 pages, 6 figures