對應于銫原子D1線正交壓縮態(tài)光場的制備.pdf

1、對應于堿金屬原子吸收線的非經典光在許多領域有著重要的應用，如量子存儲、光與原子相互作用、原子系綜之間的糾纏、光譜測量以及量子信息網絡等實驗研究。而量子信息網絡由量子節(jié)點和量子傳輸通道構成，量子節(jié)點由原子或固態(tài)物質組成，其節(jié)點之間需通過非經典光場建立量子傳輸與糾纏通道，進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吸收線的非經典光場是量子信息網絡中實現(xiàn)量子信息界面與傳輸的重要資源。
　　目前實驗中獲得非經典光主要途徑之一是通

2、過光學參量振蕩器中的光學參量過程，而利用這種方法制備波長對應堿金屬原子吸收線非經典光的實驗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:它的超精細分裂能級之間的間隔較大，而且結構簡單，在與原子相互作用時不易受周圍能級影響;它的波長處于InAs量子點激子發(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。但是目前還沒有制備這個波長正交壓縮光的報道。本文介紹了我在博士期間的工作，主

3、要是制備對應于銫原子D1線的正交壓縮態(tài)光場的實驗研究。
　　本文主要由四部分組成:
　　1.簡單回顧了量子光學的發(fā)展歷史，介紹了量子力學的五個基本假設以及壓縮態(tài)的定義和分類。
　　2.闡述了倍頻的原理和準相位匹配技術，介紹了利用偏振光譜鎖定半導體激光器的方法，對兩種倍頻腔的鎖定方法做了比較。主要介紹了將半導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藍光的實驗研究。倍頻腔是利用以PP

4、KTP晶體作為非線性介質的駐波腔。獲得藍光的功率為178mW，相應的轉化效率為50.8％。當半導體激光器在對應于銫原子D1吸收線的F=4→F'=3超精細躍遷能級連續(xù)調諧800MHz時，藍光連續(xù)調諧了1.6GHz。
　　3.建立了簡并光學參量放大器的理論模型，討論了其特點，作為實驗的指導。實驗中OPO由兩鏡駐波腔和PPKTP晶體組成，泵浦光是由鈦寶石激光經過外腔倍頻制備的447.3nm藍光。將藍光注入OPO，測得OPO的閾值為39m

5、W，調節(jié)藍光功率為30mW并搜索OPO腔長使得泵浦光共振，利用平衡零拍探測裝置測量輸出的壓縮光，最終在分析頻率為0.5MHz處測得2.8dB正交壓縮?？紤]到探測效率，實際輸出光場的壓縮度為4.4dB。
　　4.由于采用兩鏡駐波OPO產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構的OPO，并測得4.1dB真空壓縮。當OPA運轉在參量縮小狀態(tài)時，獲得的明亮壓縮光可以連續(xù)調諧50MHz。制備的

6、壓縮光可以應用于量子信息網絡的實驗研究中。
　　其中創(chuàng)新性的工作如下:
　?、?利用半導體激光作為光源進行倍頻，成本較低，輸出基頻光功率較大。倍頻腔為兩鏡駐波腔，相對四鏡環(huán)形腔而言結構簡單、內腔損耗較小，因此相應的倍頻效率較高(50.8％)，整個系統(tǒng)結構緊湊并且穩(wěn)定性好（注入光功率為350mW時2小時內功率起伏為2.3％）。由于產生藍光波長是可調諧的，則用它作為泵浦源通過參量下轉換產生壓縮光的波長也是可調諧的。
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7、.目前實驗上主要有兩種方法產生對應于堿金屬原子吸收線的非經典光，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線處壓縮度受能級分裂較大的限制，難以通過這種方法制備高壓縮度光場。在實驗中首次利用以PPKTP作為非線性晶體OPO中的參量下轉換過程產生對應于銫原子D1線的真空壓縮光，壓縮度為2.8dB。
　?、?為了提高壓縮度，利用半整體腔結構的OPO產生對應于銫原子D1線的壓縮光，最終測得4.1dB真空壓縮。當OPA運轉