[实用新型]一种基于光学参量过程的非线性干涉仪

说明书

技术领域

本实用新型属于精密测量技术领域，特别涉及一种基于光学参量过程的非线性干涉仪。

背景技术

在精密测量领域，光学干涉仪是有效的手段。如Mach-Zehnder干涉仪，如今是引力波探测系统(Gravitational-Wave Observatory)的核心部分。干涉仪常用来测量位相的变化，位相变化的测量精度一直以来都是科学家们挑战的课题。在干涉仪的输入端，真空噪声涨落给位相测量带来一个测量精度的极限，叫做标准量子极限(Standard Quantum Limit)，也叫散粒噪声极限(Shot Noise Limit)。1981年，C.M.Caves在他的论文里指出，如果采用压缩光这种非经典光源作为干涉仪的输入，可以降低系统噪声，提高信噪比，从而使位相测量的灵敏度突破标准量子极限甚至达到海森堡极限(Heisenberg Limit)。此后为了使位相测量精度能够突破标准量子极限，已有多个实验研究组分别采用压缩态光源注入干涉仪从而提高了干涉仪的信噪比。目前许多理论工作也证明应用非经典光源，如压缩态(Squeezed States)，Fock态，以及NOON态等非经典光源填补干涉仪的真空通道可以突破标准量子极限。然而，这类干涉仪对于来自干涉仪外部或是内部的损耗都非常敏感。

除了以上谈及的Mach-Zehnder干涉仪用来突破标准量子极限之外，另外一种干涉仪是B.Yurke 1986提出的SU(1,1)非线性干涉仪。这种干涉仪的基本结构和Mach-Zehnder干涉仪类似。在Mach-Zehnder干涉仪中，用两个传统的分束镜来对入射光进行分束和合束；在非线性干涉仪当中，两个分束镜分别被两个四波混频非线性参量放大器代替。Yurke等在理论上证明在没有损耗的情况下，这种非线性干涉仪可以将相位测量精度提高到海森堡极限。Plick等也在理论上研究过类似的方案，通过将相干态注入参量放大过程，最后可以增加光子数从而提高测量精度。因此，目前亟需一种非线性干涉仪将相干态注入参量放大过程以提高相位测量精度。

近期美国国家标准与技术研究院的Paul Lett教授研究小组在实验上发现了利用碱金属铷原子蒸气(⁸⁵Rb)中四波混频过程可以实现比较理想的四波混频放大器。本实用新型利用两个四波混频过程分别代替传统干涉仪中的光学分束器与合束器，首次提出并实现了一种基于光学参量过程的非线性干涉仪。此基于光学参量过程的非线性干涉仪干涉条纹对比度可以达到99％左右。与线性干涉仪相比，此非线性干涉仪具有更高的信噪比和相位灵敏度。

实用新型内容

本实用新型提出了一种基于光学参量过程的非线性干涉仪，包括：激光器、第一半波片、第二半波片、第三半波片、第一极化分束器、第二极化分束器、声光调制器、第一格兰激光 棱镜、第二格兰激光棱镜、第一铷池和第二铷池；所述激光器输出的泵浦光依次射入第一半波片和第一极化分束器；所述第一极化分束器透射端射出第一水平偏振光，折射端射出第一垂直偏振光；所述第二半波片与所述第二极化分束器设置在所述第一极化分束器的折射端，所述第二极化分束器的透射端射出第二水平偏振光，折射端射出第二垂直偏振光；所述第三半波片设置在所述第二极化分束器的透射端，所述第二水平偏振光经过所述第三半波片转变为第三垂直偏振光；所述声光调制器设置在所述第一极化分束器的透射端，调制所述第一水平偏振光形成探针光；所述第一格兰激光棱镜设置在所述声光调制器的输出端和所述第二极化分束器的折射端，将所述探针光和所述第二垂直偏振光相交于所述第一铷池内；所述探针光和所述第二垂直偏振光在所述第一铷池内发生四波混频效应，放大形成第一探针光与第一共轭光；所述第三垂直偏振光经所述第二格兰激光棱镜反射，与透射过所述第二格兰激光棱镜的第一探针光和第一共轭光分别交叉于所述第二铷池中心；所述第三垂直偏振光分别与所述第一探针光和第一共轭光发生四波混频效应，分别输出第二探针光和第二共轭光。

本实用新型提出的所述基于光学参量过程的非线性干涉仪中，所述激光器为钛宝石激光器。

本实用新型提出的所述基于光学参量过程的非线性干涉仪中，进一步包括第一透镜组，所述第一透镜组设置在所述第二极化分束器的透射端和所述第二格兰激光棱镜之间。

本实用新型提出的所述基于光学参量过程的非线性干涉仪中，进一步包括第二透镜组，所述第二透镜组设置在所述第一铷池和所述第二铷池之间。

本实用新型提出的所述基于光学参量过程的非线性干涉仪中，进一步包括设置在所述第一铷池和所述第二铷池之间的相移器。