CN110133941B - 一种准连续量子压缩真空态光场产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于非经典光场领域，公开了一种准连续量子压缩真空态光场产生装置，包括激光器、光学参量放大器、探测模块和扫描锁定模块，光学参量放大器包括OPO腔、第一移相器、第二移相器；激光器射出的种子光入射到OPO腔产生压缩光，OPO腔的腔前反射信号被第一探测器探测，激光器射出的泵浦光经第一移相器后入射到OPO腔，从OPO腔射出的泵浦光和压缩光被第二探测器探测；激光器射出的本底光经第二移相器后与OPO腔射出的压缩光经分束器合光后被平衡零拍探测器探测；扫描锁定模块用于将OPO腔长、泵浦光与种子光的相位锁定，以及压缩光与本底光的相位锁定。本发明可稳定运行并产生压缩度高于10dB的准连续压缩真空态光场。

Description

一种准连续量子压缩真空态光场产生装置

技术领域

本发明涉及一种连续变量非经典光场的产生装置，具体是一种准连续的连续变量量子压缩真空态光场产生装置。

背景技术

在连续变量量子信息学科中，压缩真空态光场是最重要的非经典光场之一。真空压缩真空态光场可以应用在超越衍射极限的量子成像，光谱测量以及引力波探测中，此外，还可以用于产生薛定谔猫态以及Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态并应用于连续变量量子信息中。所有上述这些压缩真空态光场的应用都首先要求制备出具有很高压缩度以及稳定的压缩真空态光场。

目前，有很多实验制备压缩真空态的方法，比如：基于二阶非线性的参量下转换过程产生压缩真空态光场，基于三阶非线性的四波混频过程产生压缩光，以及其它方法。基于参量下转换过程产生压缩真空态的方法是目前为止最有效的方法之一，并且是制备压缩度最高的压缩真空态光场的方法。

为了制备高质量的压缩真空态光场，就必须尽可能降低光学参量腔的内腔损耗，传播损耗以及相对位相的抖动，这就必须尽可能的少用腔镜的数量以及利用高效的锁定回路。半整块腔型结构成为制备高压缩度压缩真空态光场的最佳腔型之一，本发明就是基于半整块腔型结构制备压缩真空态光场。在压缩真空态光场的产生过程中如果有种子光的相干成分参与作用时，会不可避免的将种子光的噪声引入到压缩真空态光场中，导致所制备的压缩真空态光场的压缩度降低，随着分析频率的降低，由于激光强度噪声的增加，这种影响会变得尤为严重，直到不能再产生压缩为止。但是如果没有种子光注入到光学参量振荡腔中，就无法直接提取腔以及位相的误差信号进行腔长以及位相的锁定。所以在传统制备压缩真空态光场时，传统方法是不注入种子光的前提下，手动调节加载在腔镜压电陶瓷上的偏置电压来间接实现光学参量振荡腔与压缩真空态光场之间的共振。传统方法的缺点是稳定性差，不能满足实际应用的要求。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种准连续量子压缩真空态光场产生装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种准连续量子压缩真空态光场产生装置，包括激光器、光学参量放大器、探测模块、扫描锁定模块，所述光学参量放大器包括OPO腔、第一移相器、第二移相器，所述探测模块包括第一探测器、第二探测器和平衡零拍探测器；所述激光器射出的种子光入射到所述OPO腔产生压缩光，所述OPO腔的腔前反射信号被所述第一探测器探测，所述激光器射出的泵浦光经第一移相器后入射到所述OPO腔，从所述OPO腔射出的泵浦光和压缩光被所述第二探测器探测；所述激光器射出的本底光经第二移相器后与所述OPO腔射出的压缩光经分束器合光后被所述平衡零拍探测器探测；所述扫描锁定模块的输入端与所述第一探测器、第二探测器和平衡零拍探测器连接，输出端分别与所述OPO腔上的压电陶瓷，第一移相器和第二移相器连接，用于根据所述第一探测器的探测信号，将OPO腔长锁定，还用于根据所述第二探测器的探测信号，将泵浦光与种子光的相位锁定，以及用于根据所述平衡零拍探测器的探测信号，将压缩光与本底光的相位锁定。

所述的一种准连续量子压缩真空态光场产生装置，还包括时序控制单元，所述时序控制单元用于控制所述扫描锁定模块交替工作在就绪模式和进位模式下，所述就绪模式中，时序控制单元控制扫描锁定模块依次将OPO腔长锁定，泵浦光与种子光的相位锁定，以及压缩光与本底光的相位锁定；所述进位模式下，时序控制单元控制扫描锁定模块将OPO腔上的压电陶瓷，第一移相器和第二移相器的状态保持在就绪模式的锁定电压下。

所述扫描锁定模块包括第一扫描锁定单元、第二扫描锁定单元和第三扫描锁定单元；所述第一扫描锁定单元包括第一PID电路、第一信号源、第一电压保持电路、第一偏置电压电路和第一高压放大器，所述第一探测器的输出信号经第一混频器后，与所述第一PID电路的输入端连接，所述第一PID电路的输出端经第一电压保持电路后与所述第一高压放大器的增益输入端口连接，第一信号源的输出端与所述第一高压放大器的增益输入端口连接；所述第一偏置电压电路的输出端与所述第一高压放大器的偏置输入端口连接，所述第一高压放大器的输出端与所述OPO腔上的压电陶瓷电连接；所述第二扫描锁定单元包括第二PID电路、第二信号源、第二电压保持电路、第二偏置电压电路和第二高压放大器，所述第二探测器的输出信号经第二混频器后，与所述第二PID电路的输入端连接，所述第二PID电路的输出端经第二电压保持电路后与所述第二高压放大器的增益输入端口连接，第二信号源的输出端与所述第二高压放大器的增益输入端口连接；所述第二偏置电压电路的输出端与所述第二高压放大器的偏置输入端口连接，所述第二高压放大器的输出端与所述第一移相器的控制端连接；所述第三扫描锁定单元包括第三PID电路、第三信号源、第三电压保持电路、第三偏置电压电路和第三高压放大器，所述平衡零拍探测器的输出信号经第三混频器后，与所述第三PID电路的输入端连接，所述第三PID电路的输出端经第三电压保持电路后与所述第三高压放大器的增益输入端口连接，第三信号源的输出端与所述第三高压放大器的增益输入端口连接；第三偏置电压电路的输出端与所述第三高压放大器的偏置输入端口连接，所述第三高压放大器的输出端与所述第二移相器的控制端连接；所述第一电压保持电路、第二电压保持电路和第三电压保持电路的控制端与所述时序控制单元的输出端连接，所述第一偏置电压电路、第二偏置电压电路和第三偏置电压电路的控制端与所述时序控制单元的输出端连接。

所述第一扫描锁定单元还包括第一电子开关和第二电子开关，所述第一PID电路的输出端经第一电压保持电路和第一电子开关后与所述第一高压放大器的增益输入端口连接，第一信号源的输出端经第二电子开关后与所述第一高压放大器的增益输入端口连接；所述第二扫描锁定单元还包括第三电子开关和第四电子开关，所述第二PID电路的输出端经第二电压保持电路和第三电子开关后与所述第二高压放大器的增益输入端口连接，第二信号源的输出端经第四电子开关后与所述第二高压放大器的增益输入端口连接；所述第三扫描锁定单元包括第五电子开关和第六电子开关，所述第三PID电路的输出端经第三电压保持电路和第五电子开关后与所述第三高压放大器的增益输入端口连接，第三信号源的输出端经第六电子开关后与所述第三高压放大器的增益输入端口连接；所述第一电子开关、第二电子开关、第一电子开关和第二电子开关、第五电子开关和第六电子开关的控制端与所述时序控制单元电连接。

所述的一种准连续量子压缩真空态光场产生装置，还包括电光调制器和信号发生器，激光器发出的种子光经所述电光调制器后进入OPO腔，所述信号发生器的输出端与电光调制器的输入端连接，所述信号发生器的输出端还与所述第一混频器、第二混频器、第三混频器的输入端连接。

所述第一电压保持电路、第二电压保持电路和第三电压保持电路均包括输入缓冲放大器A，输出缓冲放大器A和电子开关K，所述电子开关K的控制端与时序控制单元的输出端连接，输入缓冲放大器A的同相输入端作为电压保持电路的输入端，输入缓冲放大器A的输出端经电子开关K与输出缓冲放大器A的同相输入端连接，输入缓冲放大器A的输出端还与输入缓冲放大器A的反相输入端连接；输出缓冲放大器A的输出端与输出缓冲放大器A的反向输入端连接，输出缓冲放大器A的输出端作为电压保持电路的输出端。

所述激光器、光学参量放大器和探测模块固定设置在底板上，所述底板由殷钢制成。

所述第一移相器和第二移相器分别为第一压电陶瓷和第二压电陶瓷，所述第一压电陶瓷设置在泵浦光光路上的反射镜镜后，所述第二压电陶瓷设置在本底光光路上的反射镜镜后。

所述的一种准连续量子压缩真空态光场产生装置，还包括种子光切断装置，所述种子光切断装置的控制端与所述时序控制单元的输出端连接，所述时序控制单元用于在进入进位模式前，关断种子光，以及用于在进入就绪模式时打开种子光。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明利用基于时分复用思想而提出的顺序控制方案实现了一种准连续量子压缩真空态光场产生装置，其中顺序控制方案是通过一个自己设计的软件程序控制NIPXI 6542模块（33）的执行并由NIPCB 68A接线盒输出控制信号，实现对所有回路的控制。在产生准连续量子压缩真空态光场过程中分为两个工作模式，首先是准备模式：此时在有种子光（也可以称之为锁定光）注入在光学参量放大腔的情况下，探测单元接收信号并通过三个锁定回路分别对发明装置中的OPO腔长，泵浦光与种子光的相对相位，本底光与种子光的相对相位依次进行锁定。之后通过控制程序关闭就绪模式并开启进位模式，此时在各种回路稳定工作时开启保持电路并关断种子光，由于保持电路仍然在维持各种回路的稳定，使得在没有种子光影响压缩真空态的前提下，输出高压缩度的压缩真空态光场，所以在就绪模式下，由于存在种子光，可以进行各种锁定回路的锁定；在进位模式下，关断种子光，并利用保持电路维持各种锁定回路的锁定并输出高压缩度的压缩真空态光场，最终在种子光开启关断周期为5s，占空比为80%时，该发明装置可稳定运行并产生压缩度高于10dB的准连续压缩真空态光场。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种准连续量子压缩真空态光场产生装置的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种准连续量子压缩真空态光场产生装置的光路图；

图3为本发明实施例中时序控制模块的工作流程示意图；

图4为本发明实施例中扫描锁定模块的结构框图；

图5为本发明实施例中电压保持电路的电路原理图；

图6为本发明实施例中PID模块的电路原理图；

图7为本发明实施例中利用顺序控制方法实现光学参量放大腔锁定后的第一探测器5探测到的信号；

图8为本发明产生的准连续真空压缩态光场的测试结果。

图中：1为激光器，2为OPO腔，3为第一移相器，4为第二移相器，5为第一探测器，6为第二探测器，7为平衡零拍探测器，8为第一扫描锁定单元，9为第二扫描锁定单元，10为第三扫描锁定单元，11为光学参量放大器，12为探测模块，13为底板，14为扫描锁定模块，15为时序控制单元，16为电光相位调制器，17为分束器，18为光隔离器，19为电光相位调制器，20为第一声光调制器，21为第二声光调制器，22为压电陶瓷，23为压电陶瓷，24为低通滤波器，25为混频器，26为混频器，27为非线性晶体，28为50:50分束器，29为混频器，32为软件控制程序，33为NIPXI 6542模块，34为NIPCB 68A接线盒，35为第一PID电路，36为第一信号源，37为第一电压保持电路，38为第二电子开关，39为第一电子开关，40为第一偏置电压电路，41为第一高压放大器，42为第二PID电路，43为第二信号源，44为第二电压保持电路，46为第三电子开关，45为第四电子开关，47为第二偏置电压电路，48为第二高压放大器，49为第三PID电路，50为第三信号源，51为第三电压保持电路，53为第五电子开关，52为第六电子开关，54为第三偏置电压电路，55为第三高压放大器，56为电阻器，57为二极管，58为电阻器，59电阻模块，60为线性稳压器，61为滑动变阻器，62为线性稳压器，63为输入缓冲放大器，64为电子开关，65为电容器，66为输出缓冲放大器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种准连续量子压缩真空态光场产生装置，包括激光器1、光学参量放大器11、探测模块12、扫描锁定模块14，所述光学参量放大器11包括OPO腔2、第一移相器3、第二移相器4，所述探测模块12包括第一探测器5、第二探测器6和平衡零拍探测器7；所述激光器1射出的种子光入射到所述OPO腔2产生压缩光，所述OPO腔2的腔前反射信号被所述第一探测器5探测，所述激光器1射出的泵浦光经第一移相器3后入射到所述OPO腔2，从所述OPO腔2射出的泵浦光和压缩光被所述第二探测器6探测；所述激光器1射出的本底光经第二移相器4后与所述OPO腔2射出的压缩光经分束器28合光后被所述平衡零拍探测器7探测；所述扫描锁定模块14的输入端与所述第一探测器5、第二探测器6和平衡零拍探测器7连接，输出端分别与所述OPO腔2上的压电陶瓷，第一移相器3和第二移相器4连接，用于根据所述第一探测器5的探测信号，将OPO腔长锁定，还用于根据所述第二探测器6的探测信号，将泵浦光与种子光的相位锁定，以及用于根据所述平衡零拍探测器7的探测信号，将压缩光与本底光的相位锁定。

具体地，如图1所示，所述扫描锁定模块14包括第一扫描锁定单元8、第二扫描锁定单元9和第三扫描锁定单元10；所述第一扫描锁定单元8用于实现OPO腔长锁定，所述第二扫描锁定单元9用于实现泵浦光与种子光的相位锁定，所述第三扫描锁定单元10用于实现压缩光与本底光的相位锁定。要实现稳态压缩状态，至少需要三个伺服控制回路来进行OPO腔长，泵浦光与种子光的相对相位，本底光与种子光的相对相位的锁定。种子光，也就是我们设置的锁定光，充当泵浦光和本底光之间的相位稳定中介。

如图2所示，为本发明实施例提供的一种准连续量子压缩真空态光场产生装置的光路图，其中，激光器1采用双波长全固态激光器，输出波长分别为1064nm和532nm。532nm的激光作为泵浦光通过带压电陶瓷23的反射镜后，注入到OPO腔2内，1064nm的激光经过电光相位调制器16后，由分束器分为两路。一路光作为种子光，另一路光作为本底光。OPO腔采用的是半整块腔型结构。该腔由一片安装于压电陶瓷上的凹面镜和一块尺寸为 10 mm×2 mm×1 mm 的 PPKTP 晶体构成。晶体的一端加工有曲率为 12 mm 的凸面，充当一面腔镜，镀有 1064 nm 高反膜和532 nm 减反膜。晶体的另一端为平面镀有 1064 nm 和 532 nm 双减反膜，距输出耦合镜 27 mm。输出耦合镜的凹面曲率半径为 30 mm，对 1064 nm 激光反射率为 12%，对 532 nm 为高反。上述所提高反膜，反射率均大于 99.95 %；减反膜，反射率均小于 0.2 %。PPKTP 晶体的温度由两片帕尔贴元件控制在相位匹配点，约 35 摄氏度。本底光经过带压电陶22的反射镜后，与OPO腔输出端的压缩真空态和在50：50分束器28进行耦合，50：50分束器28上的输出光束通过一个平衡零拍探测器7来检测噪声水平。在我们的装置中，光路尽可能短，以尽量减少相位变化。

从OPO腔输出的压缩真空态光场经一片双色镜与泵浦光在空间上分开，然后导入平衡零拍探测器测量其噪声水平。探测用的一对光电二极管用的是德国 LaserComponents 公司的定制产品，其量子效率可达 99 %以上。OPO空腔的误差信号由光电探测器PD1输出解调。泵浦光与信号光之间的相对相位的误差信号是由置于OPO反射端的光检测器PD2获得的。通过解调零差检测器的输出信号，将本底光束与信号光束之间的相对相位锁定在本底光束的光路上，反馈给PZT。当泵浦功率小于15mw时，误差信号的幅值不足以锁定OPO空腔和相对相位。特别需要说明的是，在我们的装置中，还可以包括种子光切断装置，所述种子光切断装置的控制端与所述时序控制单元15的输出端连接，所述时序控制单元15用于在进入进位模式前，通过种子光切断装置关断种子光，以及用于在进入就绪模式时打开种子光。具体地，种子光切断装置可以为设置在OPO腔之前的两个声光调制器(AOMs)，声光调制器20的一级衍射光为声光调制器21的入射光束，声光调制器21的-1级衍射光作为锁定光束。

具体地，如图2所示，第一移相器3和第二移相器4分别为第一压电陶瓷23和第二压电陶瓷22，所述第一压电陶瓷设置在泵浦光光路上的反射镜镜后，所述第二压电陶瓷设置在本底光光路上的反射镜镜后。通过改变压电陶瓷上的电压，可以改变泵浦光和本底光的光程，进而改变泵浦光和本底光的相位。

具体地，本发明实施例通过一种顺序控制方法来实现准连续压缩真空态光场的制备，如图3所示，这种顺序控制方法包含两个模式：进位模式和就绪模式。在就绪模式下，开启锁定光束，允许光电探测器直接提取下转换腔和相位锁定的误差信号。通过将误差信号反馈回压电陶瓷进行腔长和位相的锁定，此时下转换腔和位相都处在锁定状态，由于有种子光作用在下转换腔，此时下转换腔输出明亮压缩真空态，由于有种子光噪声引入到明亮压缩真空态中，这就导致明亮压缩真空态的压缩度要比压缩真空态的低，为了获取压缩度较高的压缩真空态光场，就不能有和压缩光场模式一样的相干种子光注入到下转换腔中，这就需要将种子光关断，此时进入进位模式，进位模式中，在关断种子光和切换到维持模式之前，需要激活一个电压保持电路来维持OPO腔上的压电陶瓷PZT的电压，以及第一移相器和第二移相器上的电压，使系统处于之前的锁定状态。

具体地，本发明通过程序来实现上述顺序控制方法，进而进行准连续压缩真空态光场的制备。时序控制程序设置在时序控制单元中，也就是说，本实施例提供的一种准连续量子压缩真空态光场产生装置，还包括如图1所示的时序控制单元15，所述时序控制单元15用于控制所述扫描锁定模块14交替工作在就绪模式和进位模式下。所述就绪模式中，时序控制单元15控制扫描锁定模块14依次将OPO腔长锁定，泵浦光与种子光的相位锁定，以及压缩光与本底光的相位锁定；所述进位模式下，时序控制单元15控制扫描锁定模块14将OPO腔上的压电陶瓷，第一移相器3和第二移相器的状态保持在就绪模式的锁定电压下。具体地，时序控制单元可以为NIPCI6542时序控制卡，其通过NIPCB 68A接线盒输出时序序列来实现对各个扫描锁定单元和AOM的控制，进而控制装置依次交替工作在进位模式和就绪模式。

具体地，如图4所示，所述第一扫描锁定单元8包括第一PID电路35、第一信号源36、第一电压保持电路37、第一偏置电压电路40和第一高压放大器41，所述第一探测器5的输出信号经第一混频器29后，与所述第一PID电路35的输入端连接，所述第一PID电路35的输出端经第一电压保持电路37后与所述第一高压放大器41的增益输入端口连接，第一信号源36的输出端与所述第一高压放大器41的增益输入端口连接；所述第一偏置电压电路40的输出端与所述第一高压放大器41的偏置输入端口连接，所述第一高压放大器的输出端与所述OPO腔2上的压电陶瓷电连接。所述第二扫描锁定单元9包括第二PID电路42、第二信号源43、第二电压保持电路44、第二偏置电压电路47和第二高压放大器48，所述第二探测器6的输出信号经第二混频器25后，与所述第二PID电路42的输入端连接，所述第二PID电路42的输出端经第二电压保持电路44后与所述第二高压放大器48的增益输入端口连接，第二信号源43的输出端与所述第二高压放大器48的增益输入端口连接；所述第二偏置电压电路47的输出端与所述第二高压放大器48的偏置输入端口连接，所述第二高压放大器的输出端与所述第一移相器3的控制端连接。所述第三扫描锁定单元10包括第三PID电路49、第三信号源50、第三电压保持电路51、第三偏置电压电路54和第三高压放大器55，所述平衡零拍探测器7的输出信号经第三混频器26后，与所述第三PID电路49的输入端连接，所述第三PID电路49的输出端经第三电压保持电路51后与所述第三高压放大器55的增益输入端口连接，第三信号源50的输出端与所述第三高压放大器55的增益输入端口连接；第三偏置电压电路54的输出端与所述第三高压放大器55的偏置输入端口连接，所述第三高压放大器55的输出端与所述第二移相器4的控制端连接。所述第一电压保持电路37、第二电压保持电路44和第三电压保持电路51的控制端与所述时序控制单元15的输出端连接，所述第一偏置电压电路40、第二偏置电压电路47和第三偏置电压电路54的控制端与所述时序控制单元15的输出端连接。

具体地，如图4所示，所述第一扫描锁定单元8还包括第一电子开关39和第二电子开关38，所述第一PID电路35的输出端经第一电压保持电路37和第一电子开关39后与所述第一高压放大器41的增益输入端口连接，第一信号源36的输出端经第二电子开关38后与所述第一高压放大器41的增益输入端口连接；所述第二扫描锁定单元9还包括第三电子开关46和第四电子开关45，所述第二PID电路42的输出端经第二电压保持电路44和第三电子开关46后与所述第二高压放大器48的增益输入端口连接，第二信号源43的输出端经第四电子开关45后与所述第二高压放大器48的增益输入端口连接；所述第三扫描锁定单元10包括第五电子开关53和第六电子开关52，所述第三PID电路49的输出端经第三电压保持电路51和第五电子开关53后与所述第三高压放大器55的增益输入端口连接，第三信号源50的输出端经第六电子开关52后与所述第三高压放大器55的增益输入端口连接。所述第一电子开关39、第二电子开关38、第一电子开关39和第二电子开关38、第五电子开关53和第六电子开关52的控制端与所述时序控制单元15电连接。通过在各个扫描锁定单元的电压保持电路和信号源与高压放大器之间设置与时序控制单元的输出端连接的电子开关，则时序控制单元可以控制扫描锁定模块依次进行OPO腔长，泵浦光与种子光的相对相位，本底光与种子光的相对相位。

具体地，如图2所示，本实施例提供的一种准连续量子压缩真空态光场产生装置，还包括电光调制器19和信号发生器24，激光器1发出的种子光经所述电光调制器19后进入OPO腔2，所述信号发生器24的输出端与电光调制19的输入端连接，所述信号发生器24的输出端还与所述第一混频器29、第二混频器25、第三混频器26的输入端连接。信号发生器输出调制信号至电光调制器19，电光调制器19对进入OPO腔2的种子光进行相位调制，调制信号送入第一混频器29、第二混频器25、第三混频器26，可以实现对第一探测器5、第二探测器6和平衡零拍探测器7的探测信号的解调。

具体地，如图5所示，所述第一电压保持电路37、第二电压保持电路44和第三电压保持电路51均包括输入缓冲放大器A1，输出缓冲放大器A2，和电子开关K，所述电子开关K的控制端与时序控制单元15的输出端连接，输入缓冲放大器A1的同相输入端作为电压保持电路的输入端，输入缓冲放大器A1的输出端经电子开关K与输出缓冲放大器A2的同相输入端连接，输入缓冲放大器A1的输出端还与输入缓冲放大器A1的反相输入端连接；输出缓冲放大器A2的输出端与输出缓冲放大器A2的反向输入端连接，输出缓冲放大器A2的输出端作为电压保持电路的输出端。进位模式下，电压保持电路可以将电压保持在于就绪模式相同的电压上，因此，时序控制模块可以控制扫描锁定单元将光路中的光短暂维持在稳定压缩状态，持续时间可以达到1s左右，当时间结束后，时序控制模块控制进入就绪模式，扫描锁定单元重新对光路各个部分进行锁定，锁定完成后再进入进位模式。

如图6所示，为本发明实施例中PID模块的电路原理图；如图7所示，为本发明实施例中利用顺序控制方法实现光学参量放大腔锁定后的第一探测器5探测到的信号；图8为本发明产生的准连续真空压缩态光场的测试结果，其中：（a）表示散粒噪声基准，（b）为压缩，（c）为反压缩；从图中可以看出，本发明可以实现真空压缩态的准连续制备。

此外，本发明中，将所有准连续变量量子压缩源产生装置，例如所述激光器1、光学参量放大器11和探测模块12都固定设置在底板13上，底板由形变系数较小的材料充当，该设计减轻了环境变化对压缩源的影响，具体地，所述底板13由殷钢材料制成，其热膨胀系数较小，底板13由精密机床一次加工成型，改善了系统的可靠性，使压缩源更易于批量生产而不改变每台的性能参数；设计的扫描和锁定模块更易于压缩源的操作，并实现了锁定过程的稳定性。该装置的获得有助于准连续变量量子压缩源走出实验室，广泛应用于国民经济的各个领域。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种准连续量子压缩真空态光场产生装置，其特征在于，包括激光器（1）、光学参量放大器（11）、探测模块（12）、扫描锁定模块（14）、时序控制单元（15）和种子光切断装置；

所述光学参量放大器（11）包括OPO腔（2）、第一移相器（3）、第二移相器（4），所述探测模块（12）包括第一探测器（5）、第二探测器（6）和平衡零拍探测器（7）；所述激光器（1）射出的种子光入射到所述OPO腔（2）产生压缩光，所述OPO腔（2）的腔前反射信号被所述第一探测器（5）探测，所述激光器（1）射出的泵浦光经第一移相器（3）后入射到所述OPO腔（2），从所述OPO腔（2）射出的泵浦光和压缩光被所述第二探测器（6）探测；所述激光器（1）射出的本底光经第二移相器（4）后与所述OPO腔（2）射出的压缩光经分束器（28）合光后被所述平衡零拍探测器（7）探测；所述扫描锁定模块（14）的输入端与所述第一探测器（5）、第二探测器（6）和平衡零拍探测器（7）连接，输出端分别与所述OPO腔（2）上的压电陶瓷，第一移相器（3）和第二移相器（4）连接，用于根据所述第一探测器（5）的探测信号，将OPO腔长锁定，还用于根据所述第二探测器（6）的探测信号，将泵浦光与种子光的相位锁定，以及用于根据所述平衡零拍探测器（7）的探测信号，将压缩光与本底光的相位锁定；

所述时序控制单元（15）用于控制所述扫描锁定模块（14）交替工作在就绪模式和进位模式下，所述就绪模式中，时序控制单元（15）控制扫描锁定模块（14）依次将OPO腔长锁定，泵浦光与种子光的相位锁定，以及压缩光与本底光的相位锁定；所述进位模式下，时序控制单元（15）控制扫描锁定模块（14）将OPO腔上的压电陶瓷，第一移相器（3）和第二移相器的状态保持在就绪模式的锁定电压下；

所述种子光切断装置的控制端与所述时序控制单元（15）的输出端连接，所述时序控制单元（15）用于在进入进位模式前关断种子光，以及用于在进入就绪模式时打开种子光。

2.根据权利要求1所述的一种准连续量子压缩真空态光场产生装置，其特征在于，所述扫描锁定模块（14）包括第一扫描锁定单元（8）、第二扫描锁定单元（9）和第三扫描锁定单元（10）；所述第一扫描锁定单元（8）包括第一PID电路（35）、第一信号源（36）、第一电压保持电路（37）、第一偏置电压电路（40）和第一高压放大器（41），所述第一探测器（5）的输出信号经第一混频器（29）后，与所述第一PID电路（35）的输入端连接，所述第一PID电路（35）的输出端经第一电压保持电路（37）后与所述第一高压放大器（41）的增益输入端口连接，第一信号源（36）的输出端与所述第一高压放大器（41）的增益输入端口连接；所述第一偏置电压电路（40）的输出端与所述第一高压放大器（41）的偏置输入端口连接，所述第一高压放大器的输出端与所述OPO腔（2）上的压电陶瓷电连接；

所述第二扫描锁定单元（9）包括第二PID电路（42）、第二信号源（43）、第二电压保持电路（44）、第二偏置电压电路（47）和第二高压放大器（48），所述第二探测器（6）的输出信号经第二混频器（25）后，与所述第二PID电路（42）的输入端连接，所述第二PID电路（42）的输出端经第二电压保持电路（44）后与所述第二高压放大器（48）的增益输入端口连接，第二信号源（43）的输出端与所述第二高压放大器（48）的增益输入端口连接；所述第二偏置电压电路（47）的输出端与所述第二高压放大器（48）的偏置输入端口连接，所述第二高压放大器的输出端与所述第一移相器（3）的控制端连接；

所述第三扫描锁定单元（10）包括第三PID电路（49）、第三信号源（50）、第三电压保持电路（51）、第三偏置电压电路（54）和第三高压放大器（55），所述平衡零拍探测器（7）的输出信号经第三混频器（26）后，与所述第三PID电路（49）的输入端连接，所述第三PID电路（49）的输出端经第三电压保持电路（51）后与所述第三高压放大器（55）的增益输入端口连接，第三信号源（50）的输出端与所述第三高压放大器（55）的增益输入端口连接；第三偏置电压电路（54）的输出端与所述第三高压放大器（55）的偏置输入端口连接，所述第三高压放大器（55）的输出端与所述第二移相器（4）的控制端连接；

所述第一电压保持电路（37）、第二电压保持电路（44）和第三电压保持电路（51）的控制端与所述时序控制单元（15）的输出端连接，所述第一偏置电压电路（40）、第二偏置电压电路（47）和第三偏置电压电路（54）的控制端与所述时序控制单元（15）的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的一种准连续量子压缩真空态光场产生装置，其特征在于，所述第一扫描锁定单元（8）还包括第一电子开关（39）和第二电子开关（38），所述第一PID电路（35）的输出端经第一电压保持电路（37）和第一电子开关（39）后与所述第一高压放大器（41）的增益输入端口连接，第一信号源（36）的输出端经第二电子开关（38）后与所述第一高压放大器（41）的增益输入端口连接；

所述第二扫描锁定单元（9）还包括第三电子开关（46）和第四电子开关（45），所述第二PID电路（42）的输出端经第二电压保持电路（44）和第三电子开关（46）后与所述第二高压放大器（48）的增益输入端口连接，第二信号源（43）的输出端经第四电子开关（45）后与所述第二高压放大器（48）的增益输入端口连接；

所述第三扫描锁定单元（10）包括第五电子开关（53）和第六电子开关（52），所述第三PID电路（49）的输出端经第三电压保持电路（51）和第五电子开关（53）后与所述第三高压放大器（55）的增益输入端口连接，第三信号源（50）的输出端经第六电子开关（52）后与所述第三高压放大器（55）的增益输入端口连接；

所述第一电子开关（39）、第二电子开关（38）、第三电子开关（46）和第四电子开关（45）、第五电子开关（53）和第六电子开关（52）的控制端与所述时序控制单元（15）电连接。

4.根据权利要求2所述的一种准连续量子压缩真空态光场产生装置，其特征在于，还包括电光调制器（19）和信号发生器（24），激光器（1）发出的种子光经所述电光调制器（19）后进入OPO腔（2），所述信号发生器（24）的输出端与电光调制器（19）的输入端连接，所述信号发生器（24）的输出端还与所述第一混频器（29）、第二混频器（25）、第三混频器（26）的输入端连接。

5.根据权利要求2所述的一种准连续量子压缩真空态光场产生装置，其特征在于，所述第一电压保持电路（37）、第二电压保持电路（44）和第三电压保持电路（51）均包括输入缓冲放大器A1，输出缓冲放大器A2，和电子开关K，所述电子开关K的控制端与时序控制单元（15）的输出端连接，输入缓冲放大器A1的同相输入端作为电压保持电路的输入端，输入缓冲放大器A1的输出端经电子开关K与输出缓冲放大器A2的同相输入端连接，输入缓冲放大器A1的输出端还与输入缓冲放大器A1的反相输入端连接；输出缓冲放大器A2的输出端与输出缓冲放大器A2的反向输入端连接，输出缓冲放大器A2的输出端作为电压保持电路的输出端。

6.根据权利要求1所述的一种准连续量子压缩真空态光场产生装置，其特征在于，所述激光器（1）、光学参量放大器（11）和探测模块（12）固定设置在底板（13）上，所述底板（13）由殷钢制成。

7.根据权利要求1所述的一种准连续量子压缩真空态光场产生装置，其特征在于，所述第一移相器（3）和第二移相器（4）分别为第一压电陶瓷和第二压电陶瓷，所述第一压电陶瓷设置在泵浦光光路上的反射镜镜后，所述第二压电陶瓷设置在本底光光路上的反射镜镜后。

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