一種基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于量子信息過程領域，特別涉及一種基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置。
【背景技術】
[0002]多組份量子態在量子光學和量子信息過程中有重要的作用。因此，許多小組一直都在努力實現多組份量子態，并且取得了一定的成就。實現連續變量多組份量子態的傳統方法是用從光學參量振蕩器中產生的單模壓縮光束和多個分束鏡來產生連續變量量子網絡。這種產生連續變量多組份態的方法缺乏可擴展性，因為隨著量子模數的增加實驗裝置會變得非常復雜。為了克服這一問題，一些小組提出用單個的多模非線性過程來實現連續變量多組份量子態，比如通過利用單個光束的不同空間區域，多個縱向或者時域模式來獲得多組份量子態。最近，幾個小組在頻域和時域方面實現了超大尺度的量子網絡。然而，還沒有小組利用空間自由度來實現超大尺度量子態。
[0003]為了解決上述現有技術無法利用空間自由度實現超大尺度量子態的技術問題，本實用新型提出了一種基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型提出了一種基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置，鈦寶石激光器發出的激光依次經過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制器和1/4波片后依次反射回所述聲光調制器，經過單模光纖轉變為高斯光束生成探針光，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單模光纖、1/2波片、極化分束器、1/4波片和圓錐棱鏡產生栗浦光，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生四波混頻反應產生共軛光；所述探針光、栗浦光和所述共軛光透過1/2波片進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，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器，所述探測器輸出的電信號經過減法器后連接至頻譜分析儀，測得所述探針光與所述共軛光相減之后的信號低于標準量子極限，實現利用空間自由度產生超大尺度多模量子態。
[0005]本實用新型所述的基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置中，經所述圓錐棱鏡產生的栗浦光在四波混頻過程中獲得了最高壓縮度為-2.4dB的強度差壓縮。
[0006]本實用新型所述的基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置中，所述聲光調制器與射頻信號發生器及放大器連接，所述射頻信號發生器及所述放大器驅動所述聲光調制器將所述第一激光束的頻率單次頻移1.52IGHzο
[0007]本實用新型所述的基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置中，所述栗浦光與所述探針光的輻射角為8.5mrad。
[0008]本實用新型所述的基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置中，所述銣池的長度為12.5毫米，發生四波混頻時的溫度被加熱至124攝氏度。
[0009]本實用新型所述的基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置中，所述格蘭湯姆森棱鏡的反射處設有光束收集器，用于收集未消除的剩余栗浦光。
[0010]本實用新型的有益效果在于:
[0011]本實用新型利用錐形輻射光束作為栗浦光利用85Rb原子雙“ Λ ”能級結構的非簡并四波混頻過程產生的單個高斯光束和一個錐形輻射光束之間具有量子關聯，并且在實驗上獲得了 -2.4dB的強度差壓縮度。
[0012]本實用新型利用85Rb原子雙“ Λ ”能級結構的非簡并四波混頻過程產生單個高斯光束和一個錐形福射光束之間具有量子關聯，這兩束光的強度差噪聲低于標準量子極限。將栗浦光頻率設定至85Rb原子Dl線(5S1/2— 5P 1/2，795nm)藍失諧1.4GHz處，遠離85Rb原子的多普勒展寬，可以有效避免栗浦光自發輻射對探測結果的影響。本實用新型由于具有實驗裝置緊湊型、非相敏、易于擴展等特性，在量子信息和量子成像方面具有潛在的利用價值。
【附圖說明】
[0013]圖1是具體實施例中基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置的結構圖。
[0014]圖2是85Rb原子雙“Λ”結構及非簡并四波混頻過程。
【具體實施方式】
[0015]結合以下具體實施例和附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明。實施本實用新型的過程、條件、實驗方法等，除以下專門提及的內容之外，均為本領域的普遍知識和公知常識，本實用新型沒有特別限制內容。
[0016]如圖1所示，鈦寶石激光器I發出一束波長為795nm功率為500mW的光，激光頻率為85Rb原子Dl線(5S1/2— 5P 1/2，795nm)藍失諧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]第一激光束兩次經過頻率紅移1.521GHz的聲光調制器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。使用一個單模光纖7將第一激光束變成很好的高斯光束，并調節其功率至40 μ W作為探針光。
[0018]功率為450mW的第二激光也經過單模光纖7變成很好的高斯光束，然后再入射到一個錐形棱鏡8產生功率為350mW、錐形輻射角為7.8mrad的錐形輻射光束，將產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節至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，增強銣池11的非線性效應。
[0020]如圖2所示，5S1/2、5P1/2為85Rb原子的精細結構，F = 2、F = 3為精細結構5S1/2的超精細分裂，其能級差為3.036GHz。虛線所示為85Rb原子的虛能級。根據四波混頻原理及上述實驗條件，經過銣池11后探針光功率將被放大至54.2 μ W，根據相位匹配條件，在栗浦光的外部新產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不會對其產生影響。
[0022]將探針光從打孔反射鏡14的中間穿過，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探測器15，由探測器15通過探測探針光和共軛光產生的電信號經過減法器16以后接至頻譜分析儀17，頻譜分析儀17對信號進行處理后輸出信號的頻率譜。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探測器15，經減法器16和頻譜分析儀17。頻譜分析儀17用于進行處理后輸出信號的頻率譜。
[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探測器15，經減法器16和頻譜分析儀17，得到的頻率譜即為標準量子極限。由于本實施例中頻譜分析儀17測得到的探針光與共軛光相減之后的信號的頻率譜低于此標準量子極限，因此證明本實用新型實現了利用空間自由度產生超大尺度多模量子態。
[0024]本實用新型的保護內容不局限于以上實施例。在不背離實用新型構思的精神和范圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優點都被包括在本實用新型中，并且以所附的權利要求書為保護范圍。
【主權項】
1.一種基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置，其特征在于，鈦寶石激光器(I)發出的激光依次經過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制器(5)和1/4波片后依次反射回所述聲光調制器(5)，經過單模光纖轉變為高斯光束生成探針光，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單模光纖、1/2波片、極化分束器、1/4波片和圓錐棱鏡(8)產生栗浦光，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)中發生四波混頻反應產生共軛光； 所述探針光、栗浦光和所述共軛光透過1/2波片進入格蘭湯姆森棱鏡(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，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器(15)，所述探測器(15)輸出的電信號經過減法器(16)后連接至頻譜分析儀(17)，測得所述探針光與所述共軛光相減之后的信號低于標準量子極限，實現利用空間自由度產生超大尺度多模量子態。2.如權利要求1所述的基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置，其特征在于，經所述圓錐棱鏡(8)產生的栗浦光在四波混頻過程中獲得了最高壓縮度為-2.4dB的強度差壓縮。3.如權利要求1所述的基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置，其特征在于，所述聲光調制器(5)與射頻信號發生器及放大器連接，所述射頻信號發生器及所述放大器驅動所述聲光調制器(5)將所述第一激光束的頻率單次頻移1.52IGHzο4.如權利要求1所述的基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置，其特征在于，所述栗浦光與所述探針光的輻射角為8.5mrad。5.如權利要求1所述的基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置，其特征在于，所述銣池(11)的長度為12.5毫米，發生四波混頻時的溫度被加熱至124攝氏度。6.如權利要求1所述的基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置，其特征在于，所述格蘭湯姆森棱鏡(12)的反射處設有光束收集器(13)，用于收集未消除的剩余栗浦光。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于銣蒸汽中四波混頻過程的多模量子光源實現裝置，鈦寶石激光器發出的激光依次經過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制器和1/4波片后依次反射回聲光調制器并通過單模光纖生成探針光，第二激光束依次通過單模光纖、1/2波片、極化分束器、1/4波片和圓錐棱鏡產生泵浦光，探針光和泵浦光在銣池中發生四波混頻反應產生共軛光；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，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器，探測器輸出的電信號經過減法器后連接至頻譜分析儀，分析得到量子壓縮。本實用新型利用空間自由度實現超大尺度多模量子態。
【IPC分類】G02F1/35
【公開號】CN204925576
【申請號】CN201520628003
【發明人】馮景亮, 荊杰泰, 秦忠忠, 米凱爾·科洛博夫
【申請人】華東師范大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年8月19日