[发明专利]一种相位自补偿的非经典光场发生器

说明书

本发明属于非经典光学技术领域，公开了一种相位自补偿的非经典光场发生器，包括激光器、压缩光场发生器、第一移相器、分束器、中央控制器、平衡零拍探测器和频谱分析仪；压缩光场发生器用于产生被平衡零拍探测器探测的压缩光场；平衡零拍探测器的输出信号与频谱分析仪连接，频谱分析仪的输出端与中央控制器连接；中央控制器的输出端与温控仪的输入端连接，用于通过温控仪改变晶体温度，并根据不同晶体温度下单探测器的输出信号找到光学参量腔放大器的双共振温度，还用于根据不同晶体温度下的第一压缩光场的压缩度，找到光学参量放大器相位自补偿温度。本发明提高光场的非经典特性，可应用于非经典光场领域。

技术领域

本发明属于非经典光学技术领域，具体涉及一种相位自补偿非经典光场发生器。

背景技术

压缩态光场是将某个正交分量的量子噪声压缩到经典散粒噪声极限以下的一种非经典光场，由于其具有突破量子噪声限制的特点，被应用于提高精密光学测量、微弱引力波信号探测的灵敏度；此外，两束单模压缩光或者一束双模压缩光可以用来产生纠缠态光场，进而应用于量子计算、量子信息和量子通信的研究。因此，研究一种连续稳定运转的高压缩度非经典光源已成为当今科学研究的热点。早在1985年，美国贝尔实验室采用四波混频的方法第一次在实验上观察到了压缩态；随后，光学参量放大技术(Optical ParametricAmplifier，OPA)被提出，且成为产生压缩态的重要技术。

一种低阈值稳定的光学参量腔成为产生压缩的关键部件。光学参量腔按照注入光是否在腔内共振分为单共振光学参量腔和双共振光学参量腔等。单共振腔只有基频种子光在腔内共振，而泵浦光单次或双次穿过非线性晶体后输出腔外。双共振光学参量腔种子光和泵浦光均在腔内谐振，与单共振光学参量腔相比，由于泵浦光往返多次穿过非线性晶体，将增强泵浦光与晶体的非线性相互作用，从而可有效降低光学参量腔的泵浦阈值，节约泵浦激光能量的消耗；同时，由于泵浦光共振可有效反射非模式匹配的泵浦光，避免基模模体积以外的泵浦光加热晶体，从而有效降低晶体热效应；其次，可利用泵浦光谐振条件直接锁定光学参量腔，提取误差信号信噪比较高，腔长锁定稳定性将大幅度提高。因此，双共振光学参量腔更容易实现低功率激光系统的高稳定、小型化、易维护设计，更有益于高压缩度压缩态光场的制备和实际应用。

然而，双共振光学参量腔需要严格满足特定相位匹配温度条件下种子光与泵浦光腔内同时谐振，因而需要更加精确地考虑腔长、晶体长度与相位匹配温度带宽之间的关系。实验操作中，由于非线性晶体对色散特性的影响，当满足种子光与泵浦光在腔内同时谐振时，对应的温度往往偏离最佳相位匹配温度。由压缩产生理论分析可知，此时晶体处于相位失配状态，不仅降低非线性相互作用强度，同时会引入泵浦光位相偏移，从而造成经典增益下降、压缩角旋转，降低产生的正交分量压缩度。通常为了避免这种情况的出现，利用楔形晶体或腔内插入色散补偿板的方式补偿泵浦光与种子光的色散效应，通过横向移动晶体或调整补偿板角度改变两束光的光程差，从而达到色散补偿，实现双共振温度点与相位匹配温度点重合。然而，前者将增加光学腔调节难度，后者引入内腔损耗，不利于高压缩度、高稳定性压缩态光场的制备。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种相位自补偿的非经典光场发生器。