光通信波段低频压缩态光场的产生及应用

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压缩态光场作为连续变量量子信息科学研究中的重要资源之一,已经被应用于连续变量量子信息和量子计算领域,以及突破散粒噪声极限的精密测量领域,特别是利用压缩态光场可以填补激光干涉仪引力波探测器的真空通道,提高其探测灵敏度。连续变量光通信波段1550 nm压缩态光场在光纤中有着极低的传输损耗,与现有的光纤通信系统高度兼容,是基于光纤的实际应用中的重要量子资源,因而制备光纤通信波段1550 nm非经典态光场非常必要。随着对压缩态光场更进一步的需求和应用,制备更低频段的压缩态光场引起了科学家的广泛关注。通过简并光学参量振荡器可获得低频真空压缩态光场,并为基于光纤的量子精密测量提供有效的量子光源。  本文研究了连续变量1550 nm光通信波段低频压缩态光场的产生及应用,主要内容如下:  1、介绍了压缩态光场产生的背景和应用以及低频压缩态光场的研究动机和国内外动态。  2、首先介绍了利用光学参量下转换过程产生压缩态光场的理论模型,以及非线性晶体的准相位匹配技术和探测压缩态光场的平衡零拍探测技术。然后在实验上利用阈值以下I类简并光学振荡器,制备了连续变量1550 nm低频压缩态光场。在分析频段50 kHz-900 kHz范围内获得真空压缩态光场。在200 kHz分析频率处,压缩态光场的最大压缩度达5.0 dB;在最低分析频率50 kHz处,压缩态光场的压缩度为2.0 dB。在分析频率低于50 kHz时,DOPO输出的光场噪声起伏已经高于SNL,没有压缩输出。这主要是由于泵浦光场在音频段有非常高的弛豫振荡噪声、光路的寄生干涉以及探测器在音频段存在更高的电子学噪声等因素引起的。  3、首先介绍了干涉仪特别是光纤干涉仪的种类和用途,以及压缩态光场在干涉仪中的应用及研究现状。然后在实验上搭建了马赫-增德尔全光纤干涉仪,并将产生的1550 nm光通信波段真空压缩态光场注入该全光纤干涉仪,填补其真空通道,光纤干涉仪测量信号的信噪比提高了约1 dB,初步搭建了量子增强型光纤干涉仪。
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