量子照明在雷达目标探测中的应用研究

摘要

量子雷达作为雷达系统技术未来的发展方向，具有大幅度提高雷达探测分辨率的潜力，已成为探测隐身目标最具希望的技术方向之一。量子照明作为一种极具吸引力的量子技术，除了具有抗干扰能力强、分辨率高等优势外，还可以使用微波信号实现远距离探测，这使得量子照明雷达即使在复杂环境下也可以获得高的探测灵敏度。
　　为了提高量子照明雷达在大气中的探测距离，其较好的解决方案是使用微波作为探测信号。为了在微波频段产生纠缠信号，人们提出电光量子态转换器将光的量子态与微波的量子态进行纠缠，将光转换成微波在大气中传输以实现远距离探测的目的。
　　本文首先调研了量子雷达的发展状况和前景，阐述了单光子量子雷达、接收端量子增强雷达、干涉式量子雷达的工作原理，着重研究了量子照明雷达的工作原理及技术要求。为了实现量子照明雷达的微波探测，研究了近年来提出的基于各种工作方式的电光量子态转换器。
　　为了电光量子态转换器能够实现量子态下光和微波的有效纠缠与转换，首先研究了转换器中光学谐振腔、力学谐振子和微波谐振腔的哈密顿算符，发现光学谐振腔、微波谐振腔分别通过力学谐振子的耦合作用关联起来，当系统处在强耦合时，会出现正则模式的分裂。其次，分别分析了光学谐振腔、力学谐振子以及微波谐振腔之间的耦合关系，得出电光量子态转换器中各部分之间的纠缠关系，通过对数负性来表征其纠缠度。
　　基于上述电光量子态转换器的工作原理与优化结果，用微盘腔和共面波导设计了一种转换器，并给出了转换器制备工艺流程的各个步骤，该结构具有小形化、易于集成的优点。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 量子雷达的发展

1.2 量子雷达技术体制和分类

1.3 电光量子态转换器的原理

1.4 论文研究内容及组成

第二章 电光量子态转换器的量子描述

2.1 简谐振动的原理

2.2 辐射压力

2.3 Fabry–Pérot腔中光场的哈密顿量

2.4 微波振荡电路的量子化

2.5 本章小结

第三章 电光量子态转换器各组件之间的纠缠分析

3.1 电光量子态转换器的结构

3.2 量子朗之万方程

3.3 Fabry–Pérot腔和力学谐振子之间的纠缠

3.4 微波电路和谐振子之间的耦合

3.5 微波光电量子态转换器的理论分析

3.6 体系的稳态

3.7 体系量子涨落的关联矩阵

3.8 本章小结

第四章 电光力量子态转换器的模拟仿真

4.1 模拟仿真的流程

4.2 光学腔和力学谐振子之间的纠缠

4.3 微波腔和力学谐振子之间的纠缠

4.4 光学腔和微波腔之间的纠缠

4.5 整个转换器体系组件之间的纠缠

4.6 本章小结

第五章 电光量子态转换器的设计

5.1 电光量子态转换器的设计

5.2 电光量子态转换器工艺

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的成果