Semantische Situationsrepräsentation und Aktionsbewertung zur Planung von Fahrmanöversequenzen

Hochautomatisiertes Fahren und autonome Fahrzeuge stehen seit einigen Jahren im Fokus der Forschung von Automobilherstellern, Zulieferern aber auch IT-Unternehmen sowie Forschungseinrichtungen. Selbstfahrende Fahrzeuge nehmen ihre Umgebung mittels Sensoren wahr und führen Fahraktionen aus, um ihr Ziel sicher und effizient zu erreichen. Dabei wird häufig ein Modell der Verkehrssituation erstellt, das sowohl aktuelle Sensordaten als auch Hintergrundwissen wie Kartendaten zusammenführt. Darauf aufbauend können dann Fahrmanöver geplant werden, die von der Aktorik des Fahrzeugs ausgeführt werden. In den letzten Jahren wurden große Fortschritte auf dem Gebiet des hochautomatisierten Fahrens erzielt. Herausforderungen, die sich dabei gezeigt haben, sind das automatisierte Verstehen von komplexen Verkehrssituationen und darauf aufbauend die Generierung von optimalen Fahrstrategien. Automatisierte Fahrzeuge müssen gerade im innerstädtischen Bereich mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Straßentopologien zurechtkommen. Situationsabhängige Speziallösungen stoßen dabei an ihre Grenzen. Hinzu kommt die durch dynamische Verkehrsteilnehmer induzierte kombinatorische Komplexität im Planungsprozess. Ziel dieser Arbeit ist die aktive und passive Unterstützung des Fahrers sowie die Bereitstellung von abstrakten Fahrmanöversequenzen für automatisiertes Fahren. Wissenschaftliche Beiträge sind dabei - eine Abstraktion der Verkehrssituation durch eine relationale, semantische Szenenrepräsentation sowie darauf aufbauend - Methoden zur effizienten Planung und dynamischen Validierung von Fahrmanöversequenzen. Durch eine relationale Modellierung kann der Planungsraum für Fahrmanöver an semantischen Grenzen diskretisiert werden. Dies erlaubt eine einheitliche und durch die Reduktion des Raums effiziente Planung. Die Rückführung der semantischen Pläne in eine geometrische Darstellung ermöglicht die dynamische Validierung und Optimierung resultierender Pläne hinsichtlich Energieeffizienz und Komfort. Hinweise zur optimalen Fahrweise werden als Teil einer Assistenzfunktion dem Fahrer kommuniziert oder für die Trajektorienplanung automatisierter Fahrzeuge zur Verfügung gestellt. Die Verfahren werden sowohl auf synthetischen Daten als auch im realen Fahrversuch evaluiert

Millimeter-long Fiber Fabry-Perot cavities

We demonstrate fiber Fabry-Perot (FFP) cavities with concave mirrors that can be operated at cavity lengths as large as 1.5mm without significant deterioration of the finesse. This is achieved by using a laser dot machining technique to shape spherical mirrors with ultralow roughness and employing single-mode fibers with large mode area for good mode matching to the cavity. Additionally, in contrast to previous FFPs, these cavities can be used over an octave-spanning frequency range with adequate coatings. We also show directly that shape deviations caused by the fiber's index profile lead to a finesse decrease as observed in earlier attempts to build long FFP cavities, and show a way to overcome this problem

Robust laser frequency stabilization by serrodyne modulation

We report the relative frequency stabilization of a distributed feedback erbium-doped fiber laser on an optical cavity by serrodyne frequency shifting. A correction bandwidth of 2.3 MHz and a dynamic range of 220 MHz are achieved, which leads to a strong robustness against large disturbances up to high frequencies. We demonstrate that serrodyne frequency shifting reaches a higher correction bandwidth and lower relative frequency noise level compared to a standard acousto-optical modulator based scheme. Our results allow to consider promising applications in the absolute frequency stabilization of lasers on optical cavities.Comment: 3 pages, accepted for publication in Optics Letter

Contrôle de Rétroaction des Etats de Spin Collectives pour l'Interférométrie Atomique

In this thesis, we describe an until now unexplored approach in the operation of atomic interferometers; the feedback control of the atomic states during their evolution. Towards this goal, we present several novel experimental techniques, such as the all-optical Bose-Einstein condensation of rubidium-87 in a cavity enhanced dipole trap, a new laser stabilization technique based on serrodyne frequency shifting and the development of frequency modulation spectroscopy as a minimal destructive tool for the measurement of atomic population differences. This nondestructive detection is combined with feedback, either directly on the atoms with microwave radiation or on the microwave oscillator. In this way, we show that atomic quantum states can be protected against decoherence from collective noise. We develop dedicated feedback protocols to use this method to improve atomic interferometers, and experimentally demonstrate one such protocol in an atomic clock. We show that the interrogation time in atomic interferometers can be prolonged, which holds promise for increasing the sensitivity of atomic sensors.Dans cette thèse, nous décrivons une approche jusqu’à maintenant inexplorée dans le développement des interféromètres atomiques; la rétroaction des états atomiques au cours de leur évolution. Le long de cet objectif, nous présentons des nouvelles techniques expérimentales, comme la condensation de Bose-Einstein tout-optique d’atomes de rubidium-87 à l’aide d’une cavité optique, une nouvelle technique de stabilisation de laser décalage de fréquence serrodyne et le développement de la spectroscopie par modulation de fréquence comme un outil non-destructif pour mesurer des différences de population atomique. Cette détection non destructive est combinée à la rétroaction, soit directement sur les atomes avec un rayonnement micro-onde soit sur l’oscillateur à micro-ondes. De cette manière, nous montrons que les états quantiques atomiques peuvent être protégés contre la décohérence d’un bruit collectif. Grâce à cette méthode, nous développons des protocoles de rétroaction dédiés pour améliorer les interféromètres atomiques, et démontrons expérimentalement l’un d’entre eux dans le cas d’une horloge atomique. Nous montrons que le temps d’interrogation dans les interféromètres atomiques peut être prolongé, ce qui est prometteur pour augmenter la sensibilité des senseurs atomiques

Contrôle de Rétroaction des Etats de Spin Collectives pour l'Interférométrie Atomique

In this thesis, we describe an until now unexplored approach in the operation of atomic interferometers; the feedback control of the atomic states during their evolution. Towards this goal, we present several novel experimental techniques, such as the all-optical Bose-Einstein condensation of rubidium-87 in a cavity enhanced dipole trap, a new laser stabilization technique based on serrodyne frequency shifting and the development of frequency modulation spectroscopy as a minimal destructive tool for the measurement of atomic population differences. This nondestructive detection is combined with feedback, either directly on the atoms with microwave radiation or on the microwave oscillator. In this way, we show that atomic quantum states can be protected against decoherence from collective noise. We develop dedicated feedback protocols to use this method to improve atomic interferometers, and experimentally demonstrate one such protocol in an atomic clock. We show that the interrogation time in atomic interferometers can be prolonged, which holds promise for increasing the sensitivity of atomic sensors.Dans cette thèse, nous décrivons une approche jusqu’à maintenant inexplorée dans le développement des interféromètres atomiques; la rétroaction des états atomiques au cours de leur évolution. Le long de cet objectif, nous présentons des nouvelles techniques expérimentales, comme la condensation de Bose-Einstein tout-optique d’atomes de rubidium-87 à l’aide d’une cavité optique, une nouvelle technique de stabilisation de laser décalage de fréquence serrodyne et le développement de la spectroscopie par modulation de fréquence comme un outil non-destructif pour mesurer des différences de population atomique. Cette détection non destructive est combinée à la rétroaction, soit directement sur les atomes avec un rayonnement micro-onde soit sur l’oscillateur à micro-ondes. De cette manière, nous montrons que les états quantiques atomiques peuvent être protégés contre la décohérence d’un bruit collectif. Grâce à cette méthode, nous développons des protocoles de rétroaction dédiés pour améliorer les interféromètres atomiques, et démontrons expérimentalement l’un d’entre eux dans le cas d’une horloge atomique. Nous montrons que le temps d’interrogation dans les interféromètres atomiques peut être prolongé, ce qui est prometteur pour augmenter la sensibilité des senseurs atomiques

Contrôle de Rétroaction des Etats de Spin Collectives pour l'Interférométrie Atomique

Dans cette thèse, nous décrivons une approche jusqu à maintenant inexplorée dans le développement des interféromètres atomiques; la rétroaction des états atomiques au cours de leur évolution. Le long de cet objectif, nous présentons des nouvelles techniques expérimentales, comme la condensation de Bose-Einstein tout-optique d atomes de rubidium-87 à l aide d une cavité optique, une nouvelle technique de stabilisation de laser décalage de fréquence serrodyne et le développement de la spectroscopie par modulation de fréquence comme un outil non-destructif pour mesurer des différences de population atomique. Cette détection non destructive est combinée à la rétroaction, soit directement sur les atomes avec un rayonnement micro-onde soit sur l oscillateur à micro-ondes. De cette manière, nous montrons que les états quantiques atomiques peuvent être protégés contre la décohérence d un bruit collectif. Grâce à cette méthode, nous développons des protocoles de rétroaction dédiés pour améliorer les interféromètres atomiques, et démontrons expérimentalement l un d entre eux dans le cas d une horloge atomique. Nous montrons que le temps d interrogation dans les interféromètres atomiques peut être prolongé, ce qui est prometteur pour augmenter la sensibilité des senseurs atomiques.In this thesis, we describe an until now unexplored approach in the operation of atomic interferometers; the feedback control of the atomic states during their evolution. Towards this goal, we present several novel experimental techniques, such as the all-optical Bose-Einstein condensation of rubidium-87 in a cavity enhanced dipole trap, a new laser stabilization technique based on serrodyne frequency shifting and the development of frequency modulation spectroscopy as a minimal destructive tool for the measurement of atomic population differences. This nondestructive detection is combined with feedback, either directly on the atoms with microwave radiation or on the microwave oscillator. In this way, we show that atomic quantum states can be protected against decoherence from collective noise. We develop dedicated feedback protocols to use this method to improve atomic interferometers, and experimentally demonstrate one such protocol in an atomic clock. We show that the interrogation time in atomic interferometers can be prolonged, which holds promise for increasing the sensitivity of atomic sensors.PARIS11-Inst. Optique (914712302) / SudocSudocFranceF

Weak measurement based feedback control of atomic ensembles (Orale)

International audienceAtom interferometry based sensors provide today the most precise measurements of time, inertial forces and magnetic fields. In the common approach, a superposition state is interrogated for a given time interval and finally destructively measured. Conversely, we can repeatedly probe non-destructively the same quantum system and demonstrate efficient measurement schemes using feedback. First, we protect a spin polarized atomic ensemble from the decoherence induced by a synthetic noise. After the noise action, the state of the atomic system is read out with negligible projection using a non-destructive probe, and later corrected with a coherent manipulation to restore the initial state. The efficiency of the feedback scheme is studied versus the strength of the measurement and a maximum is found from the trade-off between information gain and probe destructivity. Our feedback controller is then applied to stabilize a classical local oscillator on a collective quantum state, and this is used in an atomic clock configuration to demonstrate experimentally that in some contexts a hybrid phase and frequency lock can surpass conventional atomic clocks which rely only on a frequency lock

Weak measurement based feedback control of atomic ensembles (Orale)

Atom interferometry based sensors provide today the most precise measurements of time, inertial forces and magnetic fields. In the common approach, a superposition state is interrogated for a given time interval and finally destructively measured. Conversely, we can repeatedly probe non-destructively the same quantum system and demonstrate efficient measurement schemes using feedback. First, we protect a spin polarized atomic ensemble from the decoherence induced by a synthetic noise. After the noise action, the state of the atomic system is read out with negligible projection using a non-destructive probe, and later corrected with a coherent manipulation to restore the initial state. The efficiency of the feedback scheme is studied versus the strength of the measurement and a maximum is found from the trade-off between information gain and probe destructivity. Our feedback controller is then applied to stabilize a classical local oscillator on a collective quantum state, and this is used in an atomic clock configuration to demonstrate experimentally that in some contexts a hybrid phase and frequency lock can surpass conventional atomic clocks which rely only on a frequency lock

Heterodyne Non-Demolition Measurements and BEC in a Crossed Optical Cavity

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Nondestructive measurement and Bose-Einstein condensation in a crossed high-finesse optical cavity

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