[发明专利]一种基于铯原子系综产生亚kHz低频强度差压缩的装置

说明书

本发明涉及一种基于铯原子系综产生亚kHz低频强度差压缩的装置。本发明主要是解决现有低频压缩态装置存在的价格昂贵、体积庞大的技术问题。本发明采用的技术方案是：一种基于铯原子系综产生亚kHz低频强度差压缩的装置，其包括半导体激光器、单模光纤、反射镜、光学分束镜、电光调制器、法布里‑珀罗标准具组、透镜组、半波片、格兰激光棱镜、铯原子池、格兰汤姆森棱镜、光束收集器、高频信号发生器、光电探测器、减法器和频谱分析仪。所述半导体激光器放置于独立、隔热平台表面，并加盖绝热罩将半导体激光器和所述平台与外界环境隔离。本发明可获得最大压缩度为‑6dB低频至1kHz的强度差压缩，并且该装置性能稳定，结构紧凑，可实现商业化生产。

技术领域

本发明涉及一种基于铯原子系综产生亚kHz低频强度差压缩的装置，它属于量子成像、量子精密测量技术领域。

背景技术

压缩态光场作为一种非经典光场在量子精密测量与量子成像等领域具有广泛应用。产生压缩态光场的方法有多种，其中包括利用内置非线性晶体的光学参量振荡器、碱金属原子系综中的四波混频过程、光纤中的克尔效应以及强度反馈的激光二极管等。利用碱金属原子中的非简并四波混频过程产生的双模压缩态光场其频率对应于原子的跃迁能级，因此可以应用于基于原子系综的量子态存储和量子通讯。另一方面，低频压缩态由于其在量子精密测量领域的应用也备受人们关注。例如，利用低频压缩态可以提高引力波探测的灵敏度。2007年，美国国家标准技术局的Paul D.Lett教授小组使用钛宝石激光器作为光源利用铷原子系综中四波混频过程获得了最大压缩度为-8.8dB低频至2.5kHz的强度差压缩。然而，由于钛宝石激光器价格昂贵、体积庞大、对工作环境要求高等因素限制了获得的压缩光源的实际应用。相比之下，半导体激光器具有价格低、体积小、工作性能稳定、受外界环境影响小等优势，因此使用半导体激光器作为光源获得紧凑型量子光源具有重要意义。2012年，华东师范大学荆杰泰教授小组利用半导体激光器作为光源在铷原子系综中获得了最大压缩度为-7dB低频至8kHz的强度差压缩。

目前，大多研究集中于铷原子系综中的非简并四波混频过程，利用铯原子系综中非简并四波混频过程产生压缩态光场的报导还很少，仅在2014年山西大学张俊香教授小组利用钛宝石激光器作为光源获得了-2.5dB的强度差压缩，然而其低频压缩特性并未被研究。与铷原子相比，铯原子具有如下优势：基于其基态超精细分裂的铯原子钟是目前时间单位秒的标准，且其D1线对应的波长处于砷化铟量子点激子发射频率区域，有利于原子和固态相干界面的发展。

发明内容

本发明的目的是解决现有低频压缩态装置存在的价格昂贵、体积庞大的技术问题，提供一种基于铯原子系综产生亚kHz低频强度差压缩的装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于铯原子系综产生亚kHz低频强度差压缩的装置，其包括半导体激光器、单模光纤、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、光学分束镜、电光调制器、法布里-珀罗标准具组、第一透镜组、第二透镜组、第一半波片、第二半波片、格兰激光棱镜、铯原子池、格兰汤姆森棱镜、光束收集器、第一光电探测器、第二光电探测器、减法器和频谱分析仪；所述半导体激光器放置于独立、隔热平台表面，并加盖绝热罩将半导体激光器和所述平台与外界环境隔离；

所述单模光纤的一端与所述半导体激光器的输出端连接，所述单模光纤的另一端与第一反射镜的输入端连接，将所述半导体激光器与实验平台连接，所述实验平台与所述半导体激光器独立放置；

所述第一反射镜设在所述单模光纤的上方；

所述光学分束镜设在第一反射镜的反射光路上，且光学分束镜位于第一反射镜与第二反射镜之间；

所述电光调制器、法布里-珀罗标准具组、第一透镜组和所述第三反射镜依序设置在所述光学分束镜的反射光路上；

所述第二反射镜设置在所述光学分束镜的透射光路上；