可用于原子相干操控的Raman激光系统研究

摘要

通过光场与原子相互作用过程不仅可以控制原子的外部运动状态，还可以控制原子的内态。人们不仅可以通过远失谐光学偶极阱控制单个或多个原子的运动状态，将其很好地同周围的环境隔离，减小量子系统的退相干，而且可以利用双光子受激Raman绝热通道技术或者光抽运实现原子的态制备。受激Raman绝热通道技术因其态制备的可操控性和长的退相干时间，成为实现原子量子操控的重要手段，在量子信息处理中的应用受到了人们极大的关注。
　　在双光子受激Raman绝热通道技术中所需的Raman激光的获得也就成为了重要的课题。由于Raman激光内在的特点，即:位相相干以及频率差精确等于原子基态超精细分裂的两束激光，其实现的途径有:对两束分别从两台激光器出来的频率差等于原子基态能级间距的激光进行位相锁定;利用AOM对从同一台的激光器出来的两束激光进行频移;以及本文所采用的利用频率调制（或者相位调制）产生射频边带然后注入被动激光器。本文主要内容分为两个部分:
　　(1)、通过光栅外腔半导体激光器的安装调试，实现了窄线宽的单频激光输出。分析了对半导体激光器注入电流调制时输出激光频谱，以及光栅外腔长度和弛豫振荡频率对其射频频率调制深度的影响，并且通过分别改变射频调制信号的功率、频率以及激光器注入电流的大小，研究了光栅外腔半导体激光器注入电流GHz射频频率调制的响应特性;证实了当光栅外腔自由光谱区等于调制频率时，调制深度可以达到最大的分析结果;得到了通过调节电流，光栅外腔长度，以及加大射频信号功率可以增加调制深度的结论。
　　(2)、综述了获得Raman激光的三种主要途径;分析了激光器光学注入锁定的理论模型;实现了半导体激光器注入电流GHz射频调制得到的上下边带分别对两台被动激光器的注入锁定，从而实现了铷87原子相干操控的Raman激光系统;最后概括了Raman激光在单原子量子比特相干操控中的应用。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 碱金属原子及其能级结构

1．1．1 精细结构

1．1．2 超精细结构

1．1．3 磁场中的塞曼分裂

1．2 Lambda型三能级原子系统与相干光场的作用

1．2．1 相干布居俘获

1．2．2 电磁感应透明(EIT)

1．2．3 受激Raman绝热通道(STIRAP)

1．3 本论文的主要内容

第二章 光栅外腔半导体激光器GHz射频调制特性研究

2．1 半导体激光器的发光机制

2．1．1 半导体激光器工作物质的增益

2．1．2 半导体激光器的基本结构

2．1．3 半导体激光器的工作特性

2．2 注入电流受到调制时半导体激光器输出激光频谱

2．3．实验装置

2．3．1 光栅外腔激光器的调试与安装

2．3．2 实验装置

2．4 影响调制程度的各种因素

2．4．1 射频信号功率

2．4．2 激光二极管的弛豫振荡频率

2．4．3 外腔长度

2．4．4 注入电流

2．5 本章小结

第三章 可用于STIRAP的Raman激光系统

3．1 产生Raman激光的相关研究概述

3．1．1 电子学相位锁定方法(Phase-locking loop)

3．1．2 AOM频移+锥形放大器(TA)

3．1．3 光学相位锁定(OPLL)

3．2 通过激光器电流调制和注入锁定获得Raman激光

3．2．1 注入锁定的理论介绍

3．2．2 注入锁定在实验中的实现

3．2．3 两台被动激光器之间的相干性

3．3 Raman激光系统在单量子比特的旋转操控实验中的应用

3．4 本章小结

第四章 总结与展望

参考文献

硕士研究生期间完成的论文

致谢

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