对应于铯原子D1线正交压缩态光场的制备 对应于碱金属原子吸收线的非经典光在许多领域有着重要的应用,如量子存储、光与原子相互作用、原子系综之间的纠缠、光谱测量以及量子信息网络等实验研究。而量子信息网络由量子节点和量子传输通道构成,量子节点由原子或固态物质组成,其节点之间需通过非经典光场建立量子传输与纠缠通道,进行高保真度传输以及纠缠态的分发。 因此碱金属原子与相应吸收线的非经典光场是量子信息网络中实现量子信息界面与传输的重要资源。目前实验中获得非经典光主要途径之一是通过光学参量振荡器中的光学参量过程,而利用这种方法制备波长对应碱金属原子吸收线非经典光的实验研究主要集中在铷原子D1线以及铯原子D2线。 与铯原子D2线相比较,铯原子D1线有它自己的优势:它的超精细分裂能级之间的间隔较大,而且结构简单,在与原子相互作用时不易受周围能级影响;它的波长处于InAs量子点激子发射的频域,这就为基于原子与固态系统的相干界面的发展打下了基础。但是目前还没有制备这个波长正交压缩光的报道。 本文介绍了我在博士期间的工作,主要是制备对应于铯原子D1线的正交压缩态光场的实验研究。本文主要由四部分组成:1.简单回顾了量子光学的发展历史,介绍了量子力学的五个基本假设以及压缩态的定义和分类。 2.阐述了倍频的原理和准相位匹配技术,介绍了利用偏振光谱锁定半导体激光器的方法,对两种倍频腔的锁定方法做了比较。主要介绍了将半导体激光器和锥形放大器输出的894.6nm连续红外光利用外腔倍频制备447.3nm蓝光的实验研究。 倍频腔是利用以PPKTP晶体作为非线性介质的驻波腔。获得蓝光的功率为178mW,相应的转化效率为50.8%。 当半导体激光器在对应于铯原子D1吸收线的F(28)4?F￠(28)3超精细跃迁能级连续调谐800MHz时,蓝光连续调谐了1.6GHz。3.建立了简并光学参量放大器的理论模型,讨论了其特点,作为实验的指导。 实验中OPO由两镜驻波腔和PPKTP晶体组成,泵浦光是由钛宝石激光经过外腔倍频制备的447.3nm蓝光。将蓝光注入OPO,测得OPO的阈值为39mW,调节蓝光功率为30mW并搜索OPO腔长使得泵浦光共振,利用平衡零拍探测装置测量输出的压缩光,最终在分析频率为0.5MHz处测得2.8d B正交压缩。 考虑到探测效率,实际输出光场的压缩度为4.4dB。4.由于采用两镜驻波OPO产生压缩光的压缩度仍然难以满足下一步需要,因此我们利用一块I类PPKTP晶体搭建了半整体腔结构的OPO,并测得4.1dB真空压缩。 当OPA运转在参量缩小状态时,获得的明亮压缩光可以连续调谐50MHz。制备的压缩光可以应用于量子信息网络的实验研究中。 其中创新性的工作如下:I.利用半导体激光作为光源进行倍频,成本较低,输出基频光功率较大。倍频腔为两镜驻波腔,相对四镜环形腔而言结构简单、内腔损耗较小,因此相应的倍频效率较高(50.8%),整个系统结构紧凑并且稳定性好(注入光功率为350mW时2小时内功率起伏为2.3%)。 由于产生蓝光波长是可调谐的,则用它作为泵浦源通过参量下转换产生压缩光的波长也是可调谐的。II.目前实验上主要有两种方法产生对应于碱金属原子吸收线的非经典光,一种方法是通过基于原子系综的四波混频过程,但由于在铯原子D1线处压缩度受能级分裂较大的限制,难以通过这种方法制备高压缩度光场。 我们在实验中首次利用以PPKTP作为非线性晶体OPO中的参量下转换过程产生对应于铯原子D1线的真空压缩光,压缩度为2.8dB。III.为了提高压缩度,我们利用半整体腔结构的OPO产生对应于铯原子D1线的压缩光,最终测得4.1dB真空压缩。 当OPA运转在参量缩小状态时,产生连续可调谐的明亮压缩光,可以精确匹配铯原子吸收线。 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/c9da3b569f3143323968011ca300a6c30d22f11a.html