压缩态光场平衡零拍探测的位相锁定

摘要

量子光学是当前国际科学研究的前沿课题，经过四十多年的发展取得了可喜的成绩，特别是在非经典光场的产生和应用方面。由于光粒子性的存在，即使完全相干的光场也存在着噪声。这种噪声是由光本身发射过程所决定的，称为散粒噪声(Shot Noise)，这是光的粒子性的表现。虽然这一噪声非常低，但随着现代科技的高速发展，许多领域都需要更精确的测量，因此突破散粒噪声极限已经成为一个重要研究课题。突破光的散粒噪声极限的一个有效办法是利用压缩态光场。根据量子论中海森伯测不准原理，若光场的某一分量的噪声低于散粒噪声极限，则其共轭分量的噪声必然大于散粒噪声极限，这个噪声低于散粒噪声极限的光场就是压缩态光场。压缩态光场可以广泛应用于量子光学的诸多研究领域中，如:量子计算机、超微弱信息的量子传输、量子通信等。特别是在量子通信方面，两个单模压缩光场通过一个分束器进行干涉耦合输出可构成良好的量子纠缠源。而作为量子信息的核心，量子纠缠源可以完成量子保密通信、量子离物传态、量子密集编码等许多经典光场不可能完成的任务。
　　 本文主要研究真空压缩态的产生和测量明亮压缩时平衡零拍探测的位相锁定技术。
　　 本文内容主要有以下几部分:
　　 第一，简单回顾了量子力学和量子光学的产生和发展史，并介绍了压缩态光场的分类和定义方法。
　　 第二，介绍了非线性过程和准相位匹配技术，实验上介绍了利用周期性极化磷酸钛氧钾(KTiOPO4)晶体作为非线性晶体构建光学参量振荡腔，用单模保偏光纤对红外光进行模式清洁，将532nm绿光注入参量振荡腔中产生真空压缩态光场，实验上测得2dB的真空压缩和5dB的真空反压缩。
　　 第三，在进行产生明亮压缩光的实验时，在信号光的光路上加上位相调制器，从而对相位灵敏光学参量放大器注入的信号光进行位相调制，然后利用平衡零拍探测系统测量光学参量放大器输出的压缩光。通过解调位相调制信号可以获得误差信号，实现锁定平衡零拍探测系统的本底光和待测光场相对位相为零（对应待测光场的振幅噪声分量）的功能，从而测得2dB压缩和4dB的反压缩，通过观察调制信号来判断所测噪声为压缩态的哪个噪声分量起伏，并对平衡零拍探测的位相锁定系统进行了改进。

目录

摘要

第一章 前言

第二章 真空压缩产生装置

2．1 引言

2．2 参量过程

2．3 实验装置和实验过程

2．3．1 实验装置

2．3．2 实验过程和实验结果

第三章 压缩态光场平衡零拍探测的位相锁定

3．1 引言

3．2 理论分析

3．2．1 平衡零拍探测噪声谱随θ的变化

3．2．2 理论分析及实验装置的改进

3．2．3 参量放大与参量缩小时噪声谱和鉴频信号随θ变化的对应关系

3．2．4 DOPA腔的位相锁定

3．3 实验方案及实验结果

3．4 本章小结

总结与展望

参考文献

发表论文和成果

致谢

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