Parallel heterodyne detection of dynamic light scattering spectra from gold nanoparticles diffusing in viscous fluids
我们开发了一种显微镜，旨在探测，使用一个平行的外差接收器，波动光谱的光准弹性散射的金纳米粒子扩散在粘性流体。所记录的光谱的截止频率与在宽范围的动态粘度（在室温下为水粘度的1至15倍）中从单散射形式主义预期的那些线性地按比例增加。我们的计划，使整体平均光学波动测量多散斑记录在低光，在时间频率高达10 kHz，与12 Hz的帧速率阵列检测器。
2010-03-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Self-Heterodyned Detection of Dressed State Coherences in Helium by Noncollinear Extreme Ultraviolet Wave Mixing with Attosecond Pulses
阿秒极紫外（XUV）脉冲的非共线混频光谱提供了前所未有的洞察电子动力学。在红外和可见光区域，外差检测技术利用参考场来放大混频信号，同时允许相位敏感测量。在这里，我们实现了一个自外差检测方案在非共线混频测量与短阿秒XUV脉冲训练和两个几个周期的近红外（NIR）脉冲。初始时空重叠的XUV和NIR脉冲在气态氦内产生奇（1snp）和偶（1sns和1snd）宇称态的相干性。一个延迟的非共线近红外脉冲产生的角度依赖的四波混频信号，报告这种相干性的演变。这些发射信号的XUV谐波的扩散角结构被用作外差检测的参考场，导致瞬态混波光谱中的周期振荡。利用这种检测方案，可以观察到从至少八个不同的光诱导或修饰状态发射的混频信号，而在类似的零差混频测量中仅识别出一个光诱导状态。结合自外差检测方案，非共线的几何形状允许确定性的识别和不同的波混合路径的角度分离，降低了瞬态光谱的复杂性。这些结果表明，外差检测方案的应用可以提供信号放大和相位灵敏度，同时保持非共线阿秒XUV混频光谱的多功能性和选择性。这些技术将是在XUV制度的复杂化学系统的超快动力学研究的重要工具。
2020-01-26 physics.atom-ph physics.optics
Two-Laser Heterodyne Detection System for ALPS II
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut)（马克斯·普朗克引力物理学研究所（阿尔伯特·爱因斯坦研究所））；Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Department of Physics, University of Florida（佛罗里达大学物理系）
针对 ALPS II 外差探测系统中 LO 模外噪声问题，提出双激光方案，模型预测 SNR 提升约 35 倍，并经实验验证。
2026-10-23 physics.optics
Heterodyne position detection of an optomechanical system
Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro（里约热内卢天主教大学）
研究光机械系统位置读出，提出基于数字同相和正交解调的外差检测方案，相比标准零差法有稳健、消除相位缠绕失真、校准因子不受光功率漂移影响的优势，通过实验证明并量化了这些优势，可用于基于相位读出的光机械系统。
2026-07-14 physics.optics quant-ph
Selection of the tagged photons by off axis heterodyne holography in ultrasound-modulated optical tomography
超声调制光学层析成像（UOT）是一种在散射介质深处成像光学对比度的技术。外差全息术是一种很有前途的工具，能够检测UOT标记的光子与高效率。本文从理论上描述了外差全息中标记光子的探测，给出了如何滤除非标记光子的方法，并讨论了散粒噪声的影响。讨论还考虑散斑去相关。我们表明，可以达到最佳的检测灵敏度，如果用于执行全息检测的相机的帧曝光时间是去相关时间的顺序。
2017-02-22 physics.bio-ph physics.optics
Fisher information for far-field linear optical superresolution via homodyne or heterodyne detection in a higher-order local oscillator mode
如果两个点光源之间的距离低于成像设备的衍射（瑞利）分辨率极限，则难以估计该距离。最近提出的一种技术通过利用光到高阶$\rm{TEM}$模式，特别是图像的$\rm{TEM}_{01}$模式的源分离相关耦合来提高这种估计的精度。我们从理论上分析了估计的源分离的零差或外差检测与本地振荡器在$\rm{TEM}_{01}$模式，这是最敏感的分离在子瑞利制度。我们计算与此估计相关的每光子Fisher信息，并将其与直接成像进行比较。对于热源，每光子Fisher信息取决于图像的每个热模式的平均光子数;当平均光子数超过零差检测的2和外差检测的4时，它超过了直接成像的Fisher信息（在有趣的子瑞利机制中）。
2017-12-21 physics.optics quant-ph
Far-field linear optical superresolution via heterodyne detection in a higher-order local oscillator mode
到目前为止，瑞利极限已经应用于所有依赖于线性光学相互作用和远场检测的显微镜技术。在这里，我们证明了检测高阶横向电磁模式（TEM）中的物体发出的光可以帮助实现各种显微镜相关任务的亚瑞利精度。使用光外差检测TEM01，我们测量的相干和非相干发射物体的位置在0.0015和0.012的瑞利极限内，分别，并确定两个非相干发射狭缝之间的距离定位在0.28的瑞利极限内的精度为0.019的瑞利极限。将我们的技术扩展到高阶TEM，可以实现分辨率显著低于瑞利极限的全成像，这让人想起光学状态的量子层析成像。
2016-06-09 physics.optics quant-ph
Pulsed heterodyne detection enables fiber-compatible, high-specificity Brillouin biomechanics in intact tissue and the living brain
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；Institute of Plant Physiology and Ecology, CAS Centre for Excellence in Molecular Plant Sciences, Chinese Academy of Sciences（中国科学院分子植物科学卓越创新中心）
提出脉冲外差布里渊探测（PHBD）方法，通过高功率脉冲激发和相干时间门控，实现高光谱分辨率外探测显微和内窥成像，显著降低光剂量并抑制光纤背景噪声。
2026-09-15 physics.optics
Photothermal Heterodyne Imaging of Individual Metallic Nanoparticles: Theory versus Experiments
我们提出了光热外差成像的理论和详细的实验表征。利用光在起伏介质中的散射理论，导出了光热外差信号的解析表达式。在向后和向前配置中检测到的信号的幅度进行比较，并研究它们的频率依赖性。讨论了光热外差探测技术在单个金纳米颗粒吸收光谱中的应用，并演示了对小的单个银纳米颗粒的探测。
2007-04-28 cond-mat.other physics.atm-clus physics.optics
Laboratory development of a heterodyne interferometric system for translation and tilt measurement of the proof mass in the space gravitational wave detection
在空间引力波探测中，激光外差干涉法通过测量质量块的多自由度运动，对质量块的监测和控制起着关键作用。本文介绍了一种基于四象限光电探测器（QPD）的偏振复用外差干涉仪（PMHI）的实验室研制，用于测量质量块的平移和倾斜。该系统采用对称设计，基于偏振复用和差分波前传感技术，可扩展到五个自由度的测量。地面模拟实验结果表明，在1 Hz时，测量噪声分别为3 pm/Hz $^{1/2}$和2 nrad/Hz $^{1/2}$。当前系统的倾斜-长度误差主要由几何不对准引起，在1000 μrad的倾斜范围内，几何不对准的耦合是微米级的。
2022-07-13 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Beating the spectroscopic Rayleigh limit via post-processed heterodyne detection
本文实验验证了通过后处理外差检测在时频域实现光谱超分辨，超越瑞利极限，适用于热态和相位平均相干态光源，理论预测与实验结果一致。
2024-02-07 physics.optics quant-ph
Ultra-sensitive heterodyne detection at room temperature in the atmospheric windows
本研究在4.8 μm和9 μm大气窗口下实现了室温量子级联激光器外差探测，通过主动相位锁定技术使噪声等效功率降至几pW，比直接探测低六个数量级。
2024-12-23 physics.ao-ph physics.app-ph physics.ins-det
Heterodyne coherent detection of phase modulation in a mid-infrared unipolar device
本文在中红外单极器件中利用外差相干检测，同时测量相位和幅度调制，最高相移超5度，实验结果与理论模型一致。
2025-01-22 physics.ins-det physics.optics
Heterodyne coherent detection of the electric field temporal trace emitted by frequency-modulated comb lasers
本研究利用低噪声飞秒脉冲梳作为本振源，结合双梳外差探测与多外差信号时域分析，揭示了调频梳激光器电场振幅和相位正交分量的时间轨迹，并证实了量子级联激光器频率梳的调频行为与高相干性。
2024-12-24 physics.ins-det physics.optics
Time-resolved multimode heterodyne detection for dissecting coherent states of matter
揭示和控制低能态的相干演化是实现光驱动材料新功能的关键。本文利用飞秒时间分辨多模外差探测技术研究了低光子数下非平衡光子-声子拉曼相互作用的相干演化。弱探针光谱分量的时间依赖性揭示了与成形锁相参考字段，允许频率选择性放大的干涉放大。我们报告测量$α$ -石英表明，振幅和相位的探针光谱分量调制的声子频率，但编码定性不同的响应，分别代表的时间依赖的位置和动量的原子。我们强调，这里实现的灵敏度（1-10光子每脉冲）可能是相关的量子信息技术和光敏材料的时域研究。
2020-04-07 physics.app-ph physics.optics
600-GHz Fourier Imaging Based on Heterodyne Detection at the 2nd Sub-harmonic
针对THz傅里叶成像中分辨率与动态范围的矛盾，提出600 GHz物体波与300 GHz本振的二次亚谐波外差方案，以56 μW功率实现60 dB动态范围和优于0.5 mm的衍射极限分辨率。
2023-06-02 physics.optics
Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Heterodyne Interferometry
提出了一种新的相干反斯托克斯喇曼散射（CARS）信号的干涉测量方法。产生两个前向CARS信号，干涉仪的每个臂中一个。CARS过程的确定性性质允许这两个信号在空间和时间上重叠时相互干扰。因此，可以采用外差检测来增加CARS信号检测的灵敏度。此外，非线性CARS干涉测量将有助于在光学相干断层扫描（OCT）中使用这种光谱技术进行分子对比。
2003-11-17 physics.med-ph physics.optics quant-ph
Coherent multi-heterodyne spectroscopy using acousto-optic frequency combs
我们提出了一种新的用于多外差光谱测量的光学频率梳光源，并进行了实验研究。这种梳状模态基于用CW单色激光器播种的频移环路。梳状线由连续波激光连续通过声光移频器产生。我们报告的频率梳产生超过1500相互相干线，而不诉诸非线性加宽现象或外部电子调制。梳状线间隔可以很容易地从几十MHz到kHz的范围重新配置。我们首先使用一个单一的声光频率梳进行自外差干涉与高频率分辨率（500 kHz）。通过增加线间距到80 MHz，我们展示了亚毫秒时间尺度上的分子光谱学。为了降低探测带宽，我们随后实现了声光双梳状光谱仪的援助下，两个相互相干的频移环。在每一个架构中，声光频率梳光谱的潜力进行了验证光谱测量氰化氢在近红外区域。
2018-03-20 physics.optics
Photon-efficient readout of optical cavity arrays via spatial heterodyne
Montana State University（蒙大拿州立大学）
本研究提出空间外差计量技术，通过光腔阵列输出与倾斜参考光束干涉实现光子高效读出，可在单光子水平获高信噪比，有望用于光腔阵列中原子量子比特的快速非破坏性成像。
2026-10-14 physics.atom-ph physics.optics
Background-free time-resolved coherent Raman spectroscopy (CSRS and CARS): heterodyne detection of low-energy vibrations and recognition of excited-state contributions
相干拉曼散射（CRS）光谱技术已经得到了广泛的发展和优化，在生物医学和基础科学的不同应用。最常用的CRS技术是相干反斯托克斯拉曼散射（CARS），以及最近的受激拉曼散射（SRS）。相干斯托克斯拉曼散射（CSRS）在很大程度上被忽略，主要是因为它经常受到荧光的强烈影响，特别是对于共振增强测量。然而，在共振激发的情况下，CSRS信号中包含的信息可以与CARS的信息不同并且互补。在这里，我们结合脉冲整形，干涉外差检测，8步相位循环和傅立叶变换的时域测量，在CARS和二维电子光谱社区开发的方法，测量共振CSRS和CARS光谱使用钛：蓝宝石振荡器。该信号基本上是无背景的（荧光和非共振背景信号都被抑制），具有高光谱分辨率和高灵敏度，并且可以访问低至~30 cm-1的低能模式。我们证明了CSRS和CARS方案之间容易地选择的能力，并显示一个例子，其中CSRS和CARS光谱的采集允许振动模式上的激发电子态被区分从那些在地面上的电子态。
2019-04-10 physics.atom-ph physics.optics
Single-beam dielectric-microsphere trapping with optical heterodyne detection
提出了一种利用外差探测技术悬浮测量微米级介质球三维位置的方法。两个径向自由度通过使透射通过微球的光与参考波前干涉来测量，而轴向自由度根据从微球表面反射的光的相位来测量。该方法将单光束光阱的简单性和可访问性与位移测量配对，该位移测量由捕获光的波长内在地校准，并且对杂散光具有特殊的免疫力。在所描述的系统中，可以获得径向自由度的$1.3\times10^{-13}\,\text{m}/\sqrt{\text{Hz}}$和轴向自由度的$3.0\times10^{-15} \, \text{m}/\sqrt{\text{Hz}}$的理论散粒噪声极限。在径向方向上测量的加速度噪声是$7.5\times10^{-5} \, (\text{m/s}^2)/\sqrt{\text{Hz}}$。
2018-02-05 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Broadband heterodyne interferometry with a chirped femtosecond laser in the H-band
Université côte d’azur, CNRS, Institut de Physique de Nice (INPHYNI)（尼斯蔚蓝海岸大学、法国国家科学研究中心、尼斯物理研究所）
该研究提出一种基于啁啾飞秒激光的宽带外差干涉架构，利用光谱复用与数值相关技术提升信噪比，可实现J+H波段高分辨率光谱成像，为天文干涉测量提供了新方案。
2026-08-31 astro-ph.IM physics.optics
Double-heterodyne probing for ultra-stable laser based on spectral hole burning in a rare-earth doped crystal
我们提出了一种实验技术，实现一个特定的吸收光谱图案在稀土掺杂晶体在低温下。随后在两个光谱通道上同时探测该图案，从而产生误差信号，该误差信号允许激光器在所述光谱图案上的频率锁定。两个通道的适当组合导致检测噪声的大幅降低，为实现超稳定激光器铺平了道路，对于该超稳定激光器，当使用多个通道时，可以使检测噪声任意低。我们利用这种技术实现了频率不稳定度为$1.7\times 10^{-15}$的激光器，不受探测噪声的限制，但受晶体的环境扰动。这与迄今为止稀土掺杂晶体稳定激光器在1秒时表现出的最低不稳定性相当。
2020-04-03 physics.app-ph physics.optics
On the possibility of breaking the heterodyne detection quantum noise limit with cross-correlation
对两台相同的平衡式光电二极管外差接收机的互相关灵敏度进行了表征。两个平衡的光电二极管接收相同的微弱信号，平均分配，相当于天文空间干涉仪的情况。一个公共的本地振荡器（LO）也被平均地分割，并且其在两个接收器之间的相位差被稳定。通过半经典的光子删除理论，我们证明了在通过三个功率分配器的情况下，两个接收器上的检测后激光散粒噪声贡献必须是完全不相关的。我们测量了自相关和互相关输出作为弱信号功率的函数（系统噪声温度测量），并获得了互相关系统噪声温度比每个接收器的自相关系统噪声温度低20倍。这是由艾伦图测量支持的，其示出了比自相关低30倍的互相关标准偏差。源功率的仔细校准表明，单个平衡接收器的自相关（规则）噪声温度已经非常接近量子极限，这表明互相关系统噪声温度低于量子极限。如果进一步验证，这一实验上明确的发现不仅与天文仪器有关，而且与电信和医学成像等其他领域有关。
2021-01-14 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Timing jitter characterization of free-running dual-comb laser with sub-attosecond resolution using optical heterodyne detection
从双梳系统发射的脉冲序列被设计为具有低的相对定时抖动，使得它们对于许多光学测量技术例如光学测距和光谱学是有用的。然而，低抖动双梳系统的表征是具有挑战性的，因为它需要具有高灵敏度的测量技术。出于这一挑战，我们开发了一种基于光外差检测方法的技术，用于测量两个脉冲序列的相对定时抖动。该方法适用于具有基本上任何重复率差的双梳系统。此外，所提出的方法允许采样率的连续和精确的跟踪。为了证明该技术，我们进行了详细的表征的单模二极管泵浦的$\mathrm{Yb:CaF_2}$双梳状激光器从一个自由运行的偏振复用腔。这种新型激光器在160 MHz重复频率下产生115 fs的脉冲，每个梳齿的平均功率为130 mW，两个脉冲序列之间的相对定时抖动的检测本底噪声达到$8.0 \times 10^{-7} \, \mathrm{fs}^2/\mathrm{Hz} \; ( \sim 896 \: \mathrm{zs}/\sqrt{\mathrm{Hz}} )$，在100 Hz到1 MHz范围内积分时，相对均方根（rms）定时抖动为13 fs。这一性能表明，所演示的激光器与实际的双梳光谱、测距和采样应用高度兼容。此外，我们的研究结果表明，相对定时噪声测量技术可以表征双梳系统工作在自由运行模式或有限的重复率差，同时提供亚阿秒的分辨率，这是不可行的任何其他方法之前。
2022-01-21 physics.ins-det physics.optics
Finite-size security of continuous-variable quantum key distribution with imperfect heterodyne measurement
针对CVQKD中外差测量不完善常未被安全性证明覆盖的问题，提出可解释相位失衡影响的理论框架，建立有限尺寸安全性证明并提出经典后处理局部变换缓解方案，经实验验证适用于带制造公差的光子集成接收机CVQKD系统。
2025-01-17 physics.optics quant-ph
Proof of concept of heterodyne interferometry at 10.6 um using photonic correlation
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université de Paris（巴黎高等师范学院物理实验室）；Max Planck Institute for extraterrestrial Physics（马克斯·普朗克地外物理学研究所）；Univ. Rennes, CNRS, Institut FOTON – UMR 6082（雷恩大学）
研究旨在证明用光子相关方法进行10.6微米外差干涉测量的可行性及技术极限，开发实验室平台研究相关特性，得出当前探测极限，还探讨了用新探测器等降低探测极限的可能。
2026-07-16 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
Optical heterodyne microscopy of operating spin Hall nano-oscillator arrays
本研究利用基频和参数泵浦两种光学外差检测技术，微观表征了不同材料自旋霍尔纳米振荡器的高频自振荡，并绘制了用于Ising机的相位二值化器件的自振荡幅度与相位图，为自旋电子计算技术的表征奠定了基础。
2024-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Super-resolution imaging via spatiotemporal frequency shifting and coherent detection
衍射极限表现为由倏逝波衰减引起的高空间频率信息的损失。因此，传统的远场光学系统无法提供物体亚波长特征的信息。在这里，我们提出了一种新的方法来恢复倏逝波在远场，从而使亚波长分辨成像和空间光谱。我们的方法依赖于移动的频率和波矢量的近场分量通过散射声学声子。该过程有效地去除了空间频率截止，用于明确的远场检测。这种技术可以适用于数字全息术，使之有可能执行相敏亚波长成像。我们讨论了这样一个系统在中红外和太赫兹波段的实施，可能扩展到其他光谱区域。
2012-01-21 physics.optics
The heterodyne sensing system for the ALPS II search for sub-eV weakly interacting particles
ALPS II，任何光粒子搜索，是第二代光透过墙实验，寻找轴子样粒子。该实验目前正从设计和建造阶段过渡到调试阶段，科学运行预计将于2021年开始。ALPS II计划使用两种不同的传感方案来确认轴子样粒子的潜在检测或验证它们与$g_{aγγ}\leq2\times10^{-11}\text{GeV}^{-1}$的两个光子的耦合强度的上限。本文讨论了外差传感方案（HET），这将是第一个计划部署到检测再生光。它提出了光学布局的关键细节，长度和对齐感测方案，设计功能，以尽量减少杂散光的杂散信号，以及几个控制和否决通道特定于HET的调试和操作仪器，并校准检测器的灵敏度。
2021-02-07 hep-ex physics.ins-det physics.optics
Sensing Optical Cavity Mismatch with a Mode-Converter and Quadrant Photodiode
我们提出了一种新的技术，用于传感光学腔模式失配和对齐，通过使用一个圆柱透镜模式转换望远镜，射频象限光电二极管，和外差检测方案。望远镜允许将拉盖尔-高斯靶心模式（LG 01）转换为45度旋转的厄米-高斯（“普林格尔”）模式（HG 11），这可以很容易地用象限光电二极管测量。我们表明，我们可以转换到HG的基础上光学，测量模式失配和对准信号，使用广泛生产的射频象限光电二极管，并获得反馈误差信号与外差检测。
2019-10-23 gr-qc physics.optics
Six-degrees-of-freedom test mass readout via optical phase-locking heterodyne interferometry
本文提出一种基于光锁相外差干涉测量的六自由度检验质量读出系统，利用象限光电探测器与偏振复用技术，在1 Hz处实现4 pm/Hz1/2和2 nrad/Hz1/2的灵敏度，为星载引力波探测提供精确监测方案。
2023-10-24 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
