[发明专利]利用三模光机械系统产生高阶横模压缩光的装置和方法

说明书

本发明提供了一种利用三模光机械系统产生高阶横模压缩光的装置和方法，该装置包括一台激光器(输出激光频率为ω₀)，由两个固定镜和一个薄膜构成的光机械系统。频率为ω₀的激光入射到薄膜发生光力相互作用，使薄膜发生被迫振动，振动的本征频率为ω_m，进而导致了腔模与振动薄膜之间的耦合作用，形成了薄膜腔光机械系统。耦合过程中，薄膜对光发生散射，产生两个频率不同高阶横模边带，使腔内光子与红失谐边带ω₀‑ω_m共振，光腔的能量转移到机械振子上，红失谐边带高阶横模的位相分量压缩，即产生了频率为ω₀‑ω_m的高阶横模压缩光。该装置结构紧凑，稳定性好，能够产生宽带宽的高阶横模的压缩光，在量子精密测量和量子通信领域具有实用价值。

技术领域

本发明涉及量子光学领域，具体是一种利用三模光机械系统产生高阶横模压缩光的装置和方法。

背景技术

压缩态光场的噪声低于散粒噪声极限，故利用压缩态光场可以突破经典的极限，在量子层面上对物理量进行精密测量。因此压缩态光场在量子通信和量子精密测量中具有重要的实用价值。随着空间量子光学、空间量子信息的发展，高阶横模压缩态越来越广泛地应用于超高精细的测量、量子成像和空间信息传输等方面。高阶横模适应于量子信息方案的复杂性也可以应用于量子信息的并行传输、多通道量子密钥分配。

近年来，腔光力学是国内与国际上的热门研究学科，光力系统的腔模型主要包括微波腔光机械系统、法布里帕罗腔(F-P腔)、环形微腔、介质薄膜腔、BEC腔等等，这些都已经在实验上实现。腔光力学主要应用光与机械振子之间的相互作用，使量子力学的研究范围从微观扩展到宏观，小到纳米，大到肉眼可见。因此在腔光力学中研究宏观物体的非经典态例如压缩态也成为热点课题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用三模光机械系统产生高阶横模压缩光的装置和方法。

本发明是通过以下技术方案实现的，一种利用三模光机械系统产生高阶横模压缩光的装置，包括：连续波单频激光器、第一固定平凹镜、介质薄膜和第二固定平凹镜；其中，第一固定平凹镜和第二固定平凹镜凹面相对放置，二者中间垂直放置介质薄膜，构成法布里帕罗腔光力系统；连续波单频激光器置于第一固定平凹镜的平面端。

其中，连续波单频激光器为单横模单频连续波激光器，输出频率为ω₀的TEM₀₀模的激光。

其中，法布里帕罗腔光力系统中，第一固定平凹镜和第二固定平凹镜固定放置，介质薄膜以本征频率ω_m进行振动。

其中，当单频激光器出射的激光通过第一固定平凹镜入射法布里帕罗腔光力系统内时，光与介质薄膜发生相互作用，光压迫使介质薄膜发生受迫振动，振动时介质薄膜的位置发生变化，从而使光模、腔场与介质薄膜之间形成动态耦合。

其中，介质薄膜使法布里帕罗腔光力系统分成左右两个分腔，第一固定平凹镜与介质薄膜构成一个分腔，介质薄膜与第二固定平凹镜构成另一个分腔；介质薄膜位置的改变使两个分腔的腔长发生相应变化，从而导致两个分腔的腔模发生变化，同时光力耦合强度发生改变。

本发明是通过以下技术方案实现的，一种利用三模光机械系统产生高阶横模压缩光的装置的方法，利用如前述技术方案所述的装置进行连续变量高阶横模压缩光的制备，包括如下步骤：

连续波单频固体激光器作为激光光源，输出的频率为ω₀激光横模为TEM₀₀模并注入法布里帕罗腔光力系统中；