基于微环芯腔中参量振荡的片上压缩光源研究

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压缩光作为一种非经典的量子光源已经有了30年的发展历史,从1985年第一次在原子蒸气中的四波混频中产生压缩光至今,压缩度被不断提高,从最初的7%到现在已经达到12.7 dB,压缩光源也早已经被广泛应用,例如微弱信号的探测、量子通信等,打破了标准量子极限所带来的限制。虽然压缩光取得了很大的成功,但也面临着很重要的挑战:更深入的实验需要更多的光学元件,系统越来越庞大,操作也变得很复杂。为了克服这些困难,人们逐渐将注意力转向集成光学,器件的小型化允许人们同时控制更多的光子回路。微纳工艺的发展为压缩光源的进一步小型化提供了可能,片上集成的压缩光源体积小、可靠性高,更小的尺寸意味着更广阔的应用,例如在量子计算及量子信息处理等方面。因此片上压缩光源的研究变得非常有必要。压缩光的实现主要是基于光学非线性过程,例如光参量放大、四波混频等。微腔的品质因子高,模式体积小,因此非线性作用更强,非线性过程的阈值也更低,避免了压缩光产生过程中的额外噪声的引入。本文主要研究可集成的压缩光源,我们通过片上回音壁模式微腔中的参量振荡产生强度关联的孪生光束,首先对片上回音壁模式微腔的参量振荡以及产生的信号光与空闲光的强度差压缩进行了理论分析,并结合我们的实验条件研究了影响压缩度的因素,包括耦合强度和微腔线宽的影响。然后采用阂值以上的光学参量振荡,产生了一定频率间隔的信号光和空闲光,并设计了测量压缩光的低损耗光路,利用CWDM进行分光,损耗低至1.1 dB,对两束光分别进行探测,排除了实验中的干扰噪声,例如光力的影响和背向散射的影响等。观测到了接近散粒噪声的片上的强度差压缩,并对实验结果进行了分析以便进一步提高压缩度。
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