基于Hong-Ou-Mandel干涉的多芯光纤亚皮秒级芯间时延差表征
芯间偏斜(ICS),即多芯光纤(MCF)各纤芯之间的差分群延迟,是经典空分复用通信与量子光子网络中的一项关键参数。本研究利用光纤集成的 \(4\times4\) 多端口分束器中的双光子Hong-Ou-Mandel(HOM)干涉,对商用四芯光纤的ICS进行了高精度测量。通过提取全部十二个纤芯对组合中HOM干涉凹陷与峰值的中心位置,研究人员获得了各ICS值,其测量精度达到 \(\pm0.11\,\)ps,该精度受限于延迟台定位不确定度。在光纤长度从 \(7.7\,\)m 到 \(1300\,\)m 的范围内,均方根ICS遵循 \(σ_τ(L) = κ\sqrt{L}+c\) 的规律增长,其中 \(κ= 48.7 \pm 2.5\,\mathrm{ps}/\!\sqrt{\mathrm{km}}\),\(c = 9.76 \pm 1.2\,\)ps。这是首次直接验证随机游走标度律在从实验室到现场部署尺度的长度范围内的有效性,这一验证得益于HOM对一阶路径波动的免疫性——而经典干涉测量方法在长距离已安装光纤中难以实现此类测量。所展示的 \(\pm0.11\,\)ps 精度相比相关光时域反射法(C-OTDR)——长光纤ICS表征的标准方法——实现了约180倍的提升。Fisher信息分析建立了飞秒量级的基本Cramér-Rao精度极限,表明通过更好的延迟控制可实现进一步改进。这些结果为表征基于MCF网络的时序均匀性(无论是用于量子还是经典空分复用应用)奠定了实用平台。
量科快讯
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