基于热Rb原子系统频率简并双模压缩光的制备与应用

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aaatzh
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量子力学和精密测量的结合(量子度量学)是近些年迅速发展的新兴研究领域,一方面,量子力学的各种神奇特性会致使我们的测量结果存在不确定性,并限定出位相测量的标准量子极限,然而,另一方面量子力学同时为我们针对这一问题提供了解决方法,例如可以突破经典关联的量子纠缠态。我们可以通过让纠缠态彼此发生量子干涉的方法来消除量子关联噪声,同时提升我们对物理量测量的信噪比。在我们的研究论文当中,我们描述了基于原子四波混频的简并纠缠光源的制备过程,同时详细阐述了利用量子纠缠光源组合成SU(1,1)量子干涉仪来消除量子关联噪声的方案。我们首先通过利用85Rb原子参量放大制备频率非简并双模压缩光场的机制,将入射信号光场分成两束量子关联的孪生光束,之后再用第二个参量放大器将关联光束合束完成新型的非线性SU(1,1)量子干涉仪。不同与经典的线性干涉仪,例如马赫曾德干涉仪,SU(1,1)干涉仪可以通过对纠缠光源进行量子干涉操作从而消去光场的散粒噪声,并通过参量放大过程放大干涉仪中的位相信号,即通过运用此量子干涉仪我们可以放大相位信号但是不放大量子噪声噪声的方式来提升干涉仪信噪比,我们通过在实验中对SU(1,1)一路干涉臂模拟相位调制信号,测量到其相对于经典马赫曾德干涉仪3dB的绝对灵敏度提升。第二个主要工作是研究原子系统的参量放大过程,不同于过去的双非简并四波混频方法,我们原创性的提出一种双泵浦激发原子团的相位匹配构型,通过控制激发原子团的两束泵浦场频率失谐,我们可以制备出频率简并或者非简并的双模纠缠光场,并且在实验中实现7dB频率非简并(约6GHz)以及近3dB频率简并的双模压缩光场(接近0Hz)。论文详细分析了频率简并双模光场的物理机制,之后通过降低泵浦场相位噪声的方法提升纠缠源的压缩度,并尝试使用光泵浦的方法改善热原子在能级中的布局,并借此方法改变四波混频非线性过程的增益和量子纠缠度。最后我们提出一种基于简并双模压缩光场的新型量子非线性干涉仪,并在理论上对其进行了信噪比分析。
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