CN101794961B - 真空压缩态光场产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种真空压缩态光场产生装置，包括单频双波长激光器(1)，以及固定在光学基座上的模清洁器(2)、光学参量放大器(3)、腔长锁定系统(4)和平衡零拍探测系统(5)；所述的模清洁器(2)，由第一透镜(6)，半波片(7)，偏振分束器(8)，第二透镜(9)，光纤输入头(10)，单模保偏光纤(11)和光纤输出头(12)在光轴上依次排列构成。本发明具有结构紧凑、调节方便、稳定度高和可靠性好等优点，具有重要的应用价值。

Description

真空压缩态光场产生装置

技术领域

本发明涉及量子光场的产生装置，具体是一种真空压缩态光场产生装置。

背景技术

压缩态光场是一种重要的非经典光场，在许多领域具有重要的应用。尤其是在量子通信方面，两个单模压缩态光场通过分束器干涉耦合输出可构成量子纠缠源。量子纠缠源作为量子信息的核心，可以完成量子离物传态，量子密集编码和量子保密通信等许多经典光不可能完成的任务。

目前产生压缩态光场和量子纠缠态最为有效的手段是通过光学参量过程，光学参量过程大多采用传统的相位匹配晶体，如磷酸钛氧钾(KTiOPO4简称KTP)，铌酸锂(LiNbO3)和铌酸钾(KNbO3，简称KN)，由于受相位匹配条件限制，这些晶体适用的波长范围窄，且不能利用晶体的最大非线性系数。近年发展起来的一类新型频率转换晶体，如周期性极化LiNbO3，钽酸锂(LiTaO3)和KTiOPO4等，通过非线性光学系数的周期变化，弥补色散引起的相位差，实现相互作用波长的准相位匹配。这种技术可以利用晶体的最大非线性系数，并且可以避免晶体走离效应的限制。原则上，在晶体透明波段的任何波长都可通过这种技术实现参量相互作用。周期性极化KTiOPO4晶体与周期性极化LiNbO3和LiTaO3晶体相比，优点是室温运转且没有光折变现象；与传统的相位匹配晶体KTiOPO4，LiNbO3和KNbO3晶体相比优点是适用波长范围宽0.35-4.5μm、匹配温度带宽宽以及可以在室温下运转。对1064nm波长，在其他参数相同的情况下，周期性极化KTiOPO4晶体单次穿过转换系数是相同kTiOPO4晶体(长度受走离效应限制)的6倍多。该装置就是利用周期性极化KTiOPO4晶体作为非线性晶体产生真空压缩态光场。

目前市场上还没有商用产生压缩光场的装置，其主要原因在于产生压缩态光场的技术要求非常高，而且产生装置复杂庞大。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种结构紧凑、稳定可靠的真空压缩态光场产生装置。

本发明是一种真空压缩态光场产生装置，包括单频双波长激光器，以及固定在光学基座上的模清洁器、光学参量放大器、腔长锁定系统和平衡零拍探测系统；所述的激光器输出光经分束镜分为532nm光和1064nm光，1064nm光输入模清洁器，模清洁器输出的光与532nm光合并后输入光学参量放大器；光学参量放大器输出的光，一束输入腔长锁定系统，另一束输入平衡零拍探测系统；其特征在于所述的模清洁器，由第一透镜，半波片，第二透镜，偏振分束器，光纤输入头，单模保偏光纤和光纤输出头在光轴上依次排列构成；其中，第一透镜和第二透镜调节激光的模式，半波片和偏振分束器调节激光的偏振情况，只让激光的TEM00模通过单模保偏光纤，达到空间模式清洁的目的。相比光学腔作为模清洁器，光纤模式清洁器有着空间小，造价低，易于调节，不需要锁腔系统等优点。

所述的光学基座为较低的光学接杆，它的采用降低了光路的高度，提高了整个系统的稳定性。

所述的单频双波长激光器是LD泵浦全固体化连续单频内腔倍频环形Nd:YVO4-KTP 532nm绿光激光器，808nm抽运光功率为2.5W，532nm绿光输出功率为220mW，1064nm红外光输出功率为50mW。该激光器由山西大学光电研究所研制，太原山大宇光科技有限公司生产。

与现有技术相比本发明设计的压缩态光场产生装置有以下优点：

本装置使用单模保偏光纤作为空间模清洁器，有着空间小，造价低，易于调节，不需要锁腔系统等优点。

本装置采用低的光学接杆为基座，降低了光路，极大地缩小了空间，整体结构紧凑，且产生的压缩光场稳定。

总之，本发明具有结构紧凑、调节方便、稳定度高和可靠性好等优点，具有重要的应用价值。

附图说明

图1本发明真空压缩态光场产生装置结构示意图。图中，1-激光器，2-模清洁器，3-光学参量放大器，4-腔长锁定系统，5-平衡零拍探测系统，6-第一透镜，7-1064半波片，8-第二透镜，9-1064nm偏振分束器，10-光纤输入头，11-单模保偏光纤，12-光纤输出头。

图2本发明真空压缩态光场产生装置产生的压缩光数据图。

图3本发明真空压缩态光场产生装置产生的压缩光数据图。

具体实施方式

以下对照附图对本发明做出进一步说明。

如图1所示的一种真空压缩态光场的产生装置，包括单频双波长激光器1，以及固定在光学基座上的模清洁器2、光学参量放大器3、腔长锁定系统4和平衡零拍探测系统5。其中：所述的单频双波长激光器1采用LD泵浦全固体化连续单频内腔倍频环形Nd:YVO4-KTP 532nm绿光激光器，其808nm抽运光功率为2.5W，532nm绿光输出功率为220mW，1064nm红外光输出功率为50mW。激光器1输出光经分束镜分为532nm光和1064nm光，1064nm光输入模清洁器2，模清洁器2输出的光与532nm光合并后输入光学参量放大器3；光学参量放大器3输出的光，一束输入腔长锁定系统4，另一束输入平衡零拍探测系统5。所述的模清洁器2，由1064nm焦距为负50mm的第一透镜6，1064nm的半波片7，和第一透镜距离为165mm的1064nm焦距为200mm的第二透镜8，1064nm的偏振分束器9，光纤输入头10，1064nm的单模保偏光纤11和光纤输出头12在光轴上依次排列构成；其中，第一透镜6和第二透镜8调节激光的模式，半波片7和偏振分束器9调节其的偏振情况，使激光的TEM00模通过单模保偏光纤达到空间模式清洁的目的。所述的光学基座采用低的不锈钢光学接杆，其高度为37mm，直径为25mm。降低了光路的高度，提高了整个装置的稳定性。所述的光学参量放大器3采用驻波腔结构，采用的是非线性光学晶体是周期性极化KTiOPO晶体。

真空压缩态光场的产生和探测：参见图1，先打开单频双波长激光器1，输出532nm光和1064nm光经分束镜分束，分束后的1064nm光先穿过1064nm焦距为负50mm的第一透镜6调节光斑大小后，然后经过165mm后的1064nm焦距为200mm的第二透镜8后准直为平行光，再经过1064nm波片7和1064nm偏振分束器9调节偏振，然后入射进1064nm的单模保偏光纤11，使1064nm光的透射率达到40％以上。透射出来的1064nm光经过分束，一束作为探测压缩光的本振光，另一束通过双色镜与532nm光合并，然后入射进光学参量放大器3。光学参量放大器3的1064nm透射光分为两束，一束入射进腔长锁定系统4用于锁腔，通过高压放大器加载压电陶瓷上调制腔长，使光学参量放大器3锁定到基频1064nm光透射峰的最大处。光学参量放大器3的1064nm透射光的另一束与本振光干涉耦合后入射进平衡零拍探测系统5探测。如图2，图3是利用平衡零拍探测装置测量光场的量子噪声。压缩和反压缩分量的噪声功率分别为低于散粒噪声2db和高于散粒噪声8db。

本发明的核心是一种产生真空压缩态光场的的装置。该装置可以产生稳定度高的真空压缩态光场，可广泛应用于压缩光和纠缠光的量子光学研究和应用中。

Claims (3)

1.一种真空压缩态光场产生装置，其特征在于，包括单频双波长激光器(1)，以及固定在光学基座上的模清洁器(2)、光学参量放大器(3)、腔长锁定系统(4)和平衡零拍探测系统(5)；所述的激光器(1)输出光经分束镜分为532nm光和1064nm光，1064nm光输入模清洁器(2)，模清洁器(2)输出的光与532nm光合并后输入光学参量放大器(3)；光学参量放大器(3)输出的光，一束输入腔长锁定系统(4)，另一束输入平衡零拍探测系统(5)；所述的模清洁器(2)，由第一透镜(6)，半波片(7)，第二透镜(8)，偏振分束器(9)，光纤输入头(10)，单模保偏光纤(11)和光纤输出头(12)在光轴上依次排列构成；其中，第一透镜(6)和第二透镜(8)调节激光的模式，半波片(7)和偏振分束器(9)调节激光的偏振，只让激光的TEM00模通过单模保偏光纤。

2.根据权利要求1所述的真空压缩光场产生装置，所述的光学基座是高度为37mm的光学接杆。

3.根据权利要求1所述的真空压缩光场产生装置，所述的单频双波长激光器(1)是LD泵浦全固体化连续单频内腔倍频环形Nd:YV04-KTP激光器；该激光器抽运光波长为808nm，功率为2.5W；输出的绿光波长为532nm，功率为220mW；输出的红外光波长为1064nm，功率为50mW。

Images