一種基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于量子信息過(guò)程領(lǐng)域，特別涉及一種基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]多組份量子態(tài)在量子光學(xué)和量子信息過(guò)程中有重要的作用。因此，許多小組一直都在努力實(shí)現(xiàn)多組份量子態(tài)，并且取得了一定的成就。實(shí)現(xiàn)連續(xù)變量多組份量子態(tài)的傳統(tǒng)方法是用從光學(xué)參量振蕩器中產(chǎn)生的單模壓縮光束和多個(gè)分束鏡來(lái)產(chǎn)生連續(xù)變量量子網(wǎng)絡(luò)。這種產(chǎn)生連續(xù)變量多組份態(tài)的方法缺乏可擴(kuò)展性，因?yàn)殡S著量子模數(shù)的增加實(shí)驗(yàn)裝置會(huì)變得非常復(fù)雜。為了克服這一問(wèn)題，一些小組提出用單個(gè)的多模非線(xiàn)性過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)變量多組份量子態(tài)，比如通過(guò)利用單個(gè)光束的不同空間區(qū)域，多個(gè)縱向或者時(shí)域模式來(lái)獲得多組份量子態(tài)。最近，幾個(gè)小組在頻域和時(shí)域方面實(shí)現(xiàn)了超大尺度的量子網(wǎng)絡(luò)。然而，還沒(méi)有小組利用空間自由度來(lái)實(shí)現(xiàn)超大尺度量子態(tài)。
[0003]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法利用空間自由度實(shí)現(xiàn)超大尺度量子態(tài)的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型提出了一種基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置，鈦寶石激光器發(fā)出的激光依次經(jīng)過(guò)1/2波片和極化分束器后分為第一激光束和第二激光束；所述第一激光束依次射入聲光調(diào)制器和1/4波片后依次反射回所述聲光調(diào)制器，經(jīng)過(guò)單模光纖轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚构馐商结樄?，所述探針光射入格蘭激光棱鏡并反射至銣池中；所述第二激光束依次通過(guò)單模光纖、1/2波片、極化分束器、1/4波片和圓錐棱鏡產(chǎn)生栗浦光，所述栗浦光依次反射回所述極化分束器，所述栗浦光被所述極化分束器依次反射到所述格蘭激光棱鏡中，所述栗浦光透過(guò)所述格蘭激光棱鏡射入所述銣池；所述探針光和所述栗浦光在所述銣池中發(fā)生四波混頻反應(yīng)產(chǎn)生共軛光；所述探針光、栗浦光和所述共軛光透過(guò)1/2波片進(jìn)入格蘭湯姆森棱鏡中，所述栗浦光被所述格蘭湯姆森棱鏡消除，所述探針光從打孔反射鏡中透過(guò)，所述共軛光被所述打孔反射鏡反射，所述探針光和所述共軛光分別輸入不同的探測(cè)器，所述探測(cè)器輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)減法器后連接至頻譜分析儀，測(cè)得所述探針光與所述共軛光相減之后的信號(hào)低于標(biāo)準(zhǔn)量子極限，實(shí)現(xiàn)利用空間自由度產(chǎn)生超大尺度多模量子態(tài)。
[0005]本實(shí)用新型所述的基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置中，經(jīng)所述圓錐棱鏡產(chǎn)生的栗浦光在四波混頻過(guò)程中獲得了最高壓縮度為-2.4dB的強(qiáng)度差壓縮。
[0006]本實(shí)用新型所述的基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置中，所述聲光調(diào)制器與射頻信號(hào)發(fā)生器及放大器連接，所述射頻信號(hào)發(fā)生器及所述放大器驅(qū)動(dòng)所述聲光調(diào)制器將所述第一激光束的頻率單次頻移1.52IGHzο
[0007]本實(shí)用新型所述的基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置中，所述栗浦光與所述探針光的輻射角為8.5mrad。
[0008]本實(shí)用新型所述的基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置中，所述銣池的長(zhǎng)度為12.5毫米，發(fā)生四波混頻時(shí)的溫度被加熱至124攝氏度。
[0009]本實(shí)用新型所述的基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置中，所述格蘭湯姆森棱鏡的反射處設(shè)有光束收集器，用于收集未消除的剩余栗浦光。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0011]本實(shí)用新型利用錐形輻射光束作為栗浦光利用85Rb原子雙“ Λ ”能級(jí)結(jié)構(gòu)的非簡(jiǎn)并四波混頻過(guò)程產(chǎn)生的單個(gè)高斯光束和一個(gè)錐形輻射光束之間具有量子關(guān)聯(lián)，并且在實(shí)驗(yàn)上獲得了 -2.4dB的強(qiáng)度差壓縮度。
[0012]本實(shí)用新型利用85Rb原子雙“ Λ ”能級(jí)結(jié)構(gòu)的非簡(jiǎn)并四波混頻過(guò)程產(chǎn)生單個(gè)高斯光束和一個(gè)錐形福射光束之間具有量子關(guān)聯(lián)，這兩束光的強(qiáng)度差噪聲低于標(biāo)準(zhǔn)量子極限。將栗浦光頻率設(shè)定至85Rb原子Dl線(xiàn)(5S1/2— 5P 1/2，795nm)藍(lán)失諧1.4GHz處，遠(yuǎn)離85Rb原子的多普勒展寬，可以有效避免栗浦光自發(fā)輻射對(duì)探測(cè)結(jié)果的影響。本實(shí)用新型由于具有實(shí)驗(yàn)裝置緊湊型、非相敏、易于擴(kuò)展等特性，在量子信息和量子成像方面具有潛在的利用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是具體實(shí)施例中基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2是85Rb原子雙“Λ”結(jié)構(gòu)及非簡(jiǎn)并四波混頻過(guò)程。
【具體實(shí)施方式】
[0015]結(jié)合以下具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施本實(shí)用新型的過(guò)程、條件、實(shí)驗(yàn)方法等，除以下專(zhuān)門(mén)提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識(shí)和公知常識(shí)，本實(shí)用新型沒(méi)有特別限制內(nèi)容。
[0016]如圖1所示，鈦寶石激光器I發(fā)出一束波長(zhǎng)為795nm功率為500mW的光，激光頻率為85Rb原子Dl線(xiàn)(5S1/2— 5P 1/2，795nm)藍(lán)失諧1.4GHz。使用1/2波片3和極化分束器4將此激光束分為第一激光束和第二激光束。其中，第一激光束為水平偏振的光，光功率為50mW，第二激光束為垂直偏振的光，光功率為450mW。
[0017]第一激光束兩次經(jīng)過(guò)頻率紅移1.521GHz的聲光調(diào)制器5和1/4波片6后功率為50 μ W，頻率紅移3.042GHz，并變成垂直偏振光。使用一個(gè)單模光纖7將第一激光束變成很好的高斯光束，并調(diào)節(jié)其功率至40 μ W作為探針光。
[0018]功率為450mW的第二激光也經(jīng)過(guò)單模光纖7變成很好的高斯光束，然后再入射到一個(gè)錐形棱鏡8產(chǎn)生功率為350mW、錐形輻射角為7.8mrad的錐形輻射光束，將產(chǎn)生的錐形輻射光束作為栗浦光。
[0019]分別使用透鏡9將栗浦光和探針光的腰斑調(diào)節(jié)至330 μ m和240 μ m，使用格蘭激光棱鏡10使兩束光在銣池11末端附近相交，在相交處栗浦光的輻射角為8.5mrad。將銣池11加熱至124°C以提高銣蒸汽密度，增強(qiáng)銣池11的非線(xiàn)性效應(yīng)。
[0020]如圖2所示，5S1/2、5P1/2為85Rb原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)，F(xiàn) = 2、F = 3為精細(xì)結(jié)構(gòu)5S1/2的超精細(xì)分裂，其能級(jí)差為3.036GHz。虛線(xiàn)所示為85Rb原子的虛能級(jí)。根據(jù)四波混頻原理及上述實(shí)驗(yàn)條件，經(jīng)過(guò)銣池11后探針光功率將被放大至54.2 μ W，根據(jù)相位匹配條件，在栗浦光的外部新產(chǎn)生同樣為垂直偏振功率為76.5 yW的福射共軛光。
[0021]使用1/2波片3和消光比為15:1的格蘭湯姆森棱鏡12消去大部分栗浦光，剩余的栗浦光用光束收集器13擋住。由于探針光與共軛光為垂直偏振光，格蘭湯姆森棱鏡12不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。
[0022]將探針光從打孔反射鏡14的中間穿過(guò)，共軛光在打孔反射鏡14處反射，然后將探針光與共軛光分別注入到兩個(gè)探測(cè)器15，由探測(cè)器15通過(guò)探測(cè)探針光和共軛光產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)過(guò)減法器16以后接至頻譜分析儀17，頻譜分析儀17對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后輸出信號(hào)的頻率譜。將一束功率為130.7 μ W的相干光分為功率相等的兩束光分別注入至兩個(gè)探測(cè)器15，經(jīng)減法器16和頻譜分析儀17。頻譜分析儀17用于進(jìn)行處理后輸出信號(hào)的頻率譜。
[0023]通常將一束功率為探針光與共軛光功率之和的相干光分為功率相等的兩束光分別注入至兩個(gè)探測(cè)器15，經(jīng)減法器16和頻譜分析儀17，得到的頻率譜即為標(biāo)準(zhǔn)量子極限。由于本實(shí)施例中頻譜分析儀17測(cè)得到的探針光與共軛光相減之后的信號(hào)的頻率譜低于此標(biāo)準(zhǔn)量子極限，因此證明本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了利用空間自由度產(chǎn)生超大尺度多模量子態(tài)。
[0024]本實(shí)用新型的保護(hù)內(nèi)容不局限于以上實(shí)施例。在不背離實(shí)用新型構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本實(shí)用新型中，并且以所附的權(quán)利要求書(shū)為保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，鈦寶石激光器(I)發(fā)出的激光依次經(jīng)過(guò)1/2波片和極化分束器后分為第一激光束和第二激光束； 所述第一激光束依次射入聲光調(diào)制器(5)和1/4波片后依次反射回所述聲光調(diào)制器(5)，經(jīng)過(guò)單模光纖轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚构馐商结樄?，所述探針光射入格蘭激光棱鏡(10)并反射至銣池(11)中； 所述第二激光束依次通過(guò)單模光纖、1/2波片、極化分束器、1/4波片和圓錐棱鏡(8)產(chǎn)生栗浦光，所述栗浦光依次反射回所述極化分束器，所述栗浦光被所述極化分束器依次反射到所述格蘭激光棱鏡(10)中，所述栗浦光透過(guò)所述格蘭激光棱鏡(10)射入所述銣池(11); 所述探針光和所述栗浦光在所述銣池(11)中發(fā)生四波混頻反應(yīng)產(chǎn)生共軛光； 所述探針光、栗浦光和所述共軛光透過(guò)1/2波片進(jìn)入格蘭湯姆森棱鏡(12)中，所述栗浦光被所述格蘭湯姆森棱鏡(12)消除，所述探針光從打孔反射鏡(14)中透過(guò)，所述共軛光被所述打孔反射鏡(14)反射，所述探針光和所述共軛光分別輸入不同的探測(cè)器(15)，所述探測(cè)器(15)輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)減法器(16)后連接至頻譜分析儀(17)，測(cè)得所述探針光與所述共軛光相減之后的信號(hào)低于標(biāo)準(zhǔn)量子極限，實(shí)現(xiàn)利用空間自由度產(chǎn)生超大尺度多模量子態(tài)。2.如權(quán)利要求1所述的基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，經(jīng)所述圓錐棱鏡(8)產(chǎn)生的栗浦光在四波混頻過(guò)程中獲得了最高壓縮度為-2.4dB的強(qiáng)度差壓縮。3.如權(quán)利要求1所述的基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述聲光調(diào)制器(5)與射頻信號(hào)發(fā)生器及放大器連接，所述射頻信號(hào)發(fā)生器及所述放大器驅(qū)動(dòng)所述聲光調(diào)制器(5)將所述第一激光束的頻率單次頻移1.52IGHzο4.如權(quán)利要求1所述的基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述栗浦光與所述探針光的輻射角為8.5mrad。5.如權(quán)利要求1所述的基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述銣池(11)的長(zhǎng)度為12.5毫米，發(fā)生四波混頻時(shí)的溫度被加熱至124攝氏度。6.如權(quán)利要求1所述的基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述格蘭湯姆森棱鏡(12)的反射處設(shè)有光束收集器(13)，用于收集未消除的剩余栗浦光。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于銣蒸汽中四波混頻過(guò)程的多模量子光源實(shí)現(xiàn)裝置，鈦寶石激光器發(fā)出的激光依次經(jīng)過(guò)1/2波片和極化分束器后分為第一激光束和第二激光束；第一激光束依次射入聲光調(diào)制器和1/4波片后依次反射回聲光調(diào)制器并通過(guò)單模光纖生成探針光，第二激光束依次通過(guò)單模光纖、1/2波片、極化分束器、1/4波片和圓錐棱鏡產(chǎn)生泵浦光，探針光和泵浦光在銣池中發(fā)生四波混頻反應(yīng)產(chǎn)生共軛光；泵浦光被格蘭湯姆森棱鏡消除，探針光從打孔反射鏡中透過(guò)，共軛光被打孔反射鏡反射，探針光和共軛光分別輸入不同的探測(cè)器，探測(cè)器輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)減法器后連接至頻譜分析儀，分析得到量子壓縮。本實(shí)用新型利用空間自由度實(shí)現(xiàn)超大尺度多模量子態(tài)。
【IPC分類(lèi)】G02F1/35
【公開(kāi)號(hào)】CN204925576
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520628003
【發(fā)明人】馮景亮, 荊杰泰, 秦忠忠, 米凱爾·科洛博夫
【申請(qǐng)人】華東師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年8月19日