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作者与机构
本研究的作者包括Yiwei Zhai、Ziming Chen、Zhanpeng Pan、Shengchun Xue、Yijiang Liu和Yuhang Zhao，均来自陕西科技大学电气与控制工程学院。该研究于2025年3月25日发表在期刊《Optics & Laser Technology》上，文章编号为112846。

学术背景
本研究属于量子光学和精密测量领域，旨在探索一种基于Hong-Ou-Mandel（HOM）干涉仪的光纤量子陀螺仪方案。光学陀螺仪基于Sagnac效应，广泛应用于惯性导航、国家授时服务以及基础物理和宇宙学测试。然而，传统光学陀螺仪的测量精度受到经典光源的散粒噪声限制，且在高光功率下会引入非线性Kerr效应和相干背向散射等相位噪声。此外，相位依赖的干涉仪还存在相位包裹问题，限制了其动态范围。HOM干涉仪通过测量时间延迟而非相位偏移，能够避免相位包裹问题，并具有更大的动态测量范围。因此，本研究提出了一种基于频率纠缠双光子和HOM干涉仪的新型光纤量子陀螺仪方案，以实现高灵敏度和高稳定性的角速度测量。

研究流程
研究分为理论分析和实验验证两部分。
1. 理论分析：
- 首先，推导了Sagnac效应引起的顺时针和逆时针传播波之间的时间延迟公式。在忽略相对论修正的情况下，时间延迟与角速度成正比。
- 其次，通过自发参量下转换（SPDC）过程生成频率纠缠双光子，并利用光纤偏振分束器（FPBS）将信号光子和闲频光子分离，使其在光纤环中沿相反方向传播。
- 最后，通过HOM干涉仪测量信号光子和闲频光子的符合计数分布，提取时间延迟，从而计算角速度。

1. 实验验证：
   
   • 实验装置包括频率纠缠双光子源、可旋转单模光纤环和HOM干涉仪。双光子源通过790 nm钛蓝宝石飞秒激光泵浦周期性极化KTP（PPKTP）晶体生成，并通过长通滤波器和二向色镜消除泵浦光。
     
   • 信号光子和闲频光子分别通过光学环形器（OC1和OC2）在光纤环中沿顺时针和逆时针方向传播，最终进入光纤分束器（FBS）进行符合干涉测量。
     
   • 通过脉冲电机控制光纤环的旋转角速度，并利用电动光学延迟线（MDL）平衡两臂的时间延迟。符合计数通过超导纳米线单光子探测器（SNSPD）和时间相关单光子计数系统（PicoHarp300）记录。
     

主要结果
1. 理论结果：
- 推导了时间延迟与角速度的线性关系，理论灵敏度为3.51 fs/(rad/s)。

1. 实验结果：
   
   • 在角速度为0 rad/s和42 rad/s时，测量了HOM干涉图，并通过高斯拟合提取了时间延迟。实验测得的时间延迟为154 ± 39 fs，与理论值147.5 fs基本一致。
     
   • 通过线性拟合角速度与时间延迟的关系，实验灵敏度为3.54 ± 0.08 fs/(rad/s)，与理论值吻合良好。
     
   • 最小可检测角速度为(28.25 ± 0.06) × 10⁻⁵ rad/s，测量稳定性在10,240 s平均时间下达到1.93 × 10⁻³ fs，对应角速度测量稳定性为55 × 10⁻⁵ rad/s。
     

结论
本研究提出并验证了一种基于频率纠缠双光子和HOM干涉仪的高灵敏度角速度测量方案。该方案通过消除相位包裹问题，实现了更大的动态范围和更高的测量灵敏度。实验结果表明，该方案在光纤量子陀螺仪中具有潜在应用价值，为高性能光学量子陀螺仪的发展提供了技术支持。

研究亮点
1. 创新性方法：首次将HOM干涉仪与Sagnac效应结合，提出了一种新型光纤量子陀螺仪方案。
2. 高灵敏度与稳定性：实验测得的灵敏度和稳定性均达到亚飞秒量级，显著优于传统相位依赖干涉仪。
3. 技术突破：通过光纤旋转接头（FORJ）实现了高达42 rad/s的旋转角速度，扩展了实验的动态范围。

其他价值
该研究不仅为量子导航传感系统的发展提供了技术支持，还为量子力学与广义相对论的相互作用研究提供了新的实验平台。通过优化光纤环参数和延迟调整设备的分辨率，未来有望实现更高的测量灵敏度和稳定性。

以上是对该研究的全面报告，涵盖了研究背景、流程、结果、结论及其科学价值。