對(duì)應(yīng)于銫原子D1線正交壓縮態(tài)光場(chǎng)的制備.pdf

1、對(duì)應(yīng)于堿金屬原子吸收線的非經(jīng)典光在許多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，如量子存儲(chǔ)、光與原子相互作用、原子系綜之間的糾纏、光譜測(cè)量以及量子信息網(wǎng)絡(luò)等實(shí)驗(yàn)研究。而量子信息網(wǎng)絡(luò)由量子節(jié)點(diǎn)和量子傳輸通道構(gòu)成，量子節(jié)點(diǎn)由原子或固態(tài)物質(zhì)組成，其節(jié)點(diǎn)之間需通過非經(jīng)典光場(chǎng)建立量子傳輸與糾纏通道，進(jìn)行高保真度傳輸以及糾纏態(tài)的分發(fā)。因此堿金屬原子與相應(yīng)吸收線的非經(jīng)典光場(chǎng)是量子信息網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)量子信息界面與傳輸?shù)闹匾Y源。
　　目前實(shí)驗(yàn)中獲得非經(jīng)典光主要途徑之一是通

2、過光學(xué)參量振蕩器中的光學(xué)參量過程，而利用這種方法制備波長對(duì)應(yīng)堿金屬原子吸收線非經(jīng)典光的實(shí)驗(yàn)研究主要集中在銣原子D1線以及銫原子D2線。與銫原子D2線相比較，銫原子D1線有它自己的優(yōu)勢(shì):它的超精細(xì)分裂能級(jí)之間的間隔較大，而且結(jié)構(gòu)簡單，在與原子相互作用時(shí)不易受周圍能級(jí)影響;它的波長處于InAs量子點(diǎn)激子發(fā)射的頻域，這就為基于原子與固態(tài)系統(tǒng)的相干界面的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。但是目前還沒有制備這個(gè)波長正交壓縮光的報(bào)道。本文介紹了我在博士期間的工作，主

3、要是制備對(duì)應(yīng)于銫原子D1線的正交壓縮態(tài)光場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文主要由四部分組成:
　　1.簡單回顧了量子光學(xué)的發(fā)展歷史，介紹了量子力學(xué)的五個(gè)基本假設(shè)以及壓縮態(tài)的定義和分類。
　　2.闡述了倍頻的原理和準(zhǔn)相位匹配技術(shù)，介紹了利用偏振光譜鎖定半導(dǎo)體激光器的方法，對(duì)兩種倍頻腔的鎖定方法做了比較。主要介紹了將半導(dǎo)體激光器和錐形放大器輸出的894.6nm連續(xù)紅外光利用外腔倍頻制備447.3nm藍(lán)光的實(shí)驗(yàn)研究。倍頻腔是利用以PP

4、KTP晶體作為非線性介質(zhì)的駐波腔。獲得藍(lán)光的功率為178mW，相應(yīng)的轉(zhuǎn)化效率為50.8％。當(dāng)半導(dǎo)體激光器在對(duì)應(yīng)于銫原子D1吸收線的F=4→F'=3超精細(xì)躍遷能級(jí)連續(xù)調(diào)諧800MHz時(shí)，藍(lán)光連續(xù)調(diào)諧了1.6GHz。
　　3.建立了簡并光學(xué)參量放大器的理論模型，討論了其特點(diǎn)，作為實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)中OPO由兩鏡駐波腔和PPKTP晶體組成，泵浦光是由鈦寶石激光經(jīng)過外腔倍頻制備的447.3nm藍(lán)光。將藍(lán)光注入OPO，測(cè)得OPO的閾值為39m

5、W，調(diào)節(jié)藍(lán)光功率為30mW并搜索OPO腔長使得泵浦光共振，利用平衡零拍探測(cè)裝置測(cè)量輸出的壓縮光，最終在分析頻率為0.5MHz處測(cè)得2.8dB正交壓縮。考慮到探測(cè)效率，實(shí)際輸出光場(chǎng)的壓縮度為4.4dB。
　　4.由于采用兩鏡駐波OPO產(chǎn)生壓縮光的壓縮度仍然難以滿足下一步需要，因此利用一塊Ⅰ類PPKTP晶體搭建了半整體腔結(jié)構(gòu)的OPO，并測(cè)得4.1dB真空壓縮。當(dāng)OPA運(yùn)轉(zhuǎn)在參量縮小狀態(tài)時(shí)，獲得的明亮壓縮光可以連續(xù)調(diào)諧50MHz。制備的

6、壓縮光可以應(yīng)用于量子信息網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)研究中。
　　其中創(chuàng)新性的工作如下:
　?、?利用半導(dǎo)體激光作為光源進(jìn)行倍頻，成本較低，輸出基頻光功率較大。倍頻腔為兩鏡駐波腔，相對(duì)四鏡環(huán)形腔而言結(jié)構(gòu)簡單、內(nèi)腔損耗較小，因此相應(yīng)的倍頻效率較高(50.8％)，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊并且穩(wěn)定性好（注入光功率為350mW時(shí)2小時(shí)內(nèi)功率起伏為2.3％）。由于產(chǎn)生藍(lán)光波長是可調(diào)諧的，則用它作為泵浦源通過參量下轉(zhuǎn)換產(chǎn)生壓縮光的波長也是可調(diào)諧的。
　?、?/p>

7、.目前實(shí)驗(yàn)上主要有兩種方法產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于堿金屬原子吸收線的非經(jīng)典光，一種方法是通過基于原子系綜的四波混頻過程，但由于在銫原子D1線處壓縮度受能級(jí)分裂較大的限制，難以通過這種方法制備高壓縮度光場(chǎng)。在實(shí)驗(yàn)中首次利用以PPKTP作為非線性晶體OPO中的參量下轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于銫原子D1線的真空壓縮光，壓縮度為2.8dB。
　?、?為了提高壓縮度，利用半整體腔結(jié)構(gòu)的OPO產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于銫原子D1線的壓縮光，最終測(cè)得4.1dB真空壓縮。當(dāng)OPA運(yùn)轉(zhuǎn)