專利名稱：真空壓縮態(tài)光場(chǎng)產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及量子光場(chǎng)的產(chǎn)生裝置，具體是一種真空壓縮態(tài)光場(chǎng)產(chǎn)生裝置。
背景技術(shù)：
壓縮態(tài)光場(chǎng)是一種重要的非經(jīng)典光場(chǎng)，在許多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。尤其是在量
子通信方面，兩個(gè)單模壓縮態(tài)光場(chǎng)通過分束器干涉耦合輸出可構(gòu)成量子糾纏源。量子糾纏 源作為量子信息的核心，可以完成量子離物傳態(tài)，量子密集編碼和量子保密通信等許多經(jīng)
典光不可能完成的任務(wù)。 目前產(chǎn)生壓縮態(tài)光場(chǎng)和量子糾纏態(tài)最為有效的手段是通過光學(xué)參量過程，光學(xué)參 量過程大多采用傳統(tǒng)的相位匹配晶體，如磷酸鈦氧鉀(KTiOP04簡(jiǎn)稱KTP)，鈮酸鋰(LiNb03) 和鈮酸鉀(KNb03，簡(jiǎn)稱KN)，由于受相位匹配條件限制，這些晶體適用的波長(zhǎng)范圍窄，且不 能利用晶體的最大非線性系數(shù)。近年發(fā)展起來的一類新型頻率轉(zhuǎn)換晶體，如周期性極化 LiNb03，鉭酸鋰(LiTa03)和KTiOP04等，通過非線性光學(xué)系數(shù)的周期變化，彌補(bǔ)色散引起的 相位差，實(shí)現(xiàn)相互作用波長(zhǎng)的準(zhǔn)相位匹配。這種技術(shù)可以利用晶體的最大非線性系數(shù)，并 且可以避免晶體走離效應(yīng)的限制。原則上，在晶體透明波段的任何波長(zhǎng)都可通過這種技術(shù) 實(shí)現(xiàn)參量相互作用。周期性極化KTiOP04晶體與周期性極化LiNb03和LiTa03晶體相比， 優(yōu)點(diǎn)是室溫運(yùn)轉(zhuǎn)且沒有光折變現(xiàn)象；與傳統(tǒng)的相位匹配晶體KTiOP04， LiNb03和KNb03晶 體相比優(yōu)點(diǎn)是適用波長(zhǎng)范圍寬0. 35-4. 5iim、匹配溫度帶寬寬以及可以在室溫下運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì) 1064nm波長(zhǎng)，在其他參數(shù)相同的情況下，周期性極化KTiOP04晶體單次穿過轉(zhuǎn)換系數(shù)是相 同kTiOP04晶體(長(zhǎng)度受走離效應(yīng)限制)的6倍多。該裝置就是利用周期性極化KTiOP04 晶體作為非線性晶體產(chǎn)生真空壓縮態(tài)光場(chǎng)。 目前市場(chǎng)上還沒有商用產(chǎn)生壓縮光場(chǎng)的裝置，其主要原因在于產(chǎn)生壓縮態(tài)光場(chǎng)的 技術(shù)要求非常高，而且產(chǎn)生裝置復(fù)雜龐大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定可靠的真空壓縮態(tài)光場(chǎng)產(chǎn)生裝置。
本發(fā)明是一種真空壓縮態(tài)光場(chǎng)產(chǎn)生裝置，包括單頻雙波長(zhǎng)激光器，以及固定在光 學(xué)基座上的模清潔器、光學(xué)參量放大器、腔長(zhǎng)鎖定系統(tǒng)和平衡零拍探測(cè)系統(tǒng)；所述的激光器 輸出光經(jīng)分束鏡分為532nm光和1064nm光，1064nm光輸入模清潔器，模清潔器輸出的光與 532nm光合并后輸入光學(xué)參量放大器；光學(xué)參量放大器輸出的光， 一束輸入腔長(zhǎng)鎖定系統(tǒng)， 另一束輸入平衡零拍探測(cè)系統(tǒng)；其特征在于所述的模清潔器，由第一透鏡，半波片，第二透 鏡，偏振分束器，光纖輸入頭，單模保偏光纖和光纖輸出頭在光軸上依次排列構(gòu)成；其中，第 一透鏡和第二透鏡調(diào)節(jié)激光的模式，半波片和偏振分束器調(diào)節(jié)激光的偏振情況，只讓激光 的TEMOO模通過單模保偏光纖，達(dá)到空間模式清潔的目的。相比光學(xué)腔作為模清潔器，光纖 模式清潔器有著空間小，造價(jià)低，易于調(diào)節(jié)，不需要鎖腔系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。 所述的光學(xué)基座為較低的光學(xué)接桿，它的采用降低了光路的高度，提高了整個(gè)系
3統(tǒng)的穩(wěn)定性。 所述的單頻雙波長(zhǎng)激光器是LD泵浦全固體化連續(xù)單頻內(nèi)腔倍頻環(huán)形 Nd:YV04-KTP 532nm綠光激光器，808nm抽運(yùn)光功率為2. 5W， 532nm綠光輸出功率為220mW， 1064nm紅外光輸出功率為50mW。該激光器由山西大學(xué)光電研究所研制，太原山大宇光科技 有限公司生產(chǎn)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明設(shè)計(jì)的壓縮態(tài)光場(chǎng)產(chǎn)生裝置有以下優(yōu)點(diǎn) 本裝置使用單模保偏光纖作為空間模清潔器，有著空間小，造價(jià)低，易于調(diào)節(jié)，不
需要鎖腔系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。 本裝置采用低的光學(xué)接桿為基座，降低了光路，極大地縮小了空間，整體結(jié)構(gòu)緊 湊，且產(chǎn)生的壓縮光場(chǎng)穩(wěn)定。 總之，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)節(jié)方便、穩(wěn)定度高和可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，具有重要的 應(yīng)用價(jià)值。


圖l本發(fā)明真空壓縮態(tài)光場(chǎng)產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，l-激光器，2-模清潔器， 3_光學(xué)參量放大器，4-腔長(zhǎng)鎖定系統(tǒng)，5-平衡零拍探測(cè)系統(tǒng)，6-第一透鏡，7-1064半波片， 8-第二透鏡，9-1064nm偏振分束器，10-光纖輸入頭，11-單模保偏光纖，12-光纖輸出頭。
圖2本發(fā)明真空壓縮態(tài)光場(chǎng)產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的壓縮光數(shù)據(jù)圖。
圖3本發(fā)明真空壓縮態(tài)光場(chǎng)產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的壓縮光數(shù)據(jù)圖。
具體實(shí)施例方式以下對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步說明。 如圖l所示的一種真空壓縮態(tài)光場(chǎng)的產(chǎn)生裝置，包括單頻雙波長(zhǎng)激光器l，以 及固定在光學(xué)基座上的模清潔器2、光學(xué)參量放大器3、腔長(zhǎng)鎖定系統(tǒng)4和平衡零拍探測(cè) 系統(tǒng)5。其中所述的單頻雙波長(zhǎng)激光器1采用LD泵浦全固體化連續(xù)單頻內(nèi)腔倍頻環(huán) 形Nd:YV04-KTP 532nm綠光激光器，其808nm抽運(yùn)光功率為2. 5W， 532nm綠光輸出功率為 220mW， 1064nm紅外光輸出功率為50mW。激光器1輸出光經(jīng)分束鏡分為532nm光和1064nm 光，1064nm光輸入模清潔器2，模清潔器2輸出的光與532nm光合并后輸入光學(xué)參量放大 器3 ;光學(xué)參量放大器3輸出的光， 一束輸入腔長(zhǎng)鎖定系統(tǒng)4，另一束輸入平衡零拍探測(cè)系 統(tǒng)5。所述的模清潔器2，由1064nm焦距為負(fù)50mm的第一透鏡6， 1064nm的半波片7，和第 一透鏡距離為165mm的1064nm焦距為200mm的第二透鏡8， 1064nm的偏振分束器9，光纖 輸入頭10， 1064nm的單模保偏光纖11和光纖輸出頭12在光軸上依次排列構(gòu)成；其中，第一 透鏡6和第二透鏡8調(diào)節(jié)激光的模式，半波片7和偏振分束器9調(diào)節(jié)其的偏振情況，使激光 的TEMOO模通過單模保偏光纖達(dá)到空間模式清潔的目的。所述的光學(xué)基座采用低的不銹鋼 光學(xué)接桿，其高度為37mm，直徑為25mm。降低了光路的高度，提高了整個(gè)裝置的穩(wěn)定性。所 述的光學(xué)參量放大器3采用駐波腔結(jié)構(gòu)，采用的是非線性光學(xué)晶體是周期性極化KTiOPO晶 體。 真空壓縮態(tài)光場(chǎng)的產(chǎn)生和探測(cè)參見圖l，先打開單頻雙波長(zhǎng)激光器l，輸出532nm 光和1064nm光經(jīng)分束鏡分束，分束后的1064nm光先穿過1064nm焦距為負(fù)50mm的第一透鏡6調(diào)節(jié)光斑大小后，然后經(jīng)過165mm后的1064nm焦距為200mm的第二透鏡8后準(zhǔn)直為平 行光，再經(jīng)過1064nm波片7和1064nm偏振分束器9調(diào)節(jié)偏振，然后入射進(jìn)1064nm的單模 保偏光纖11，使1064nm光的透射率達(dá)到40%以上。透射出來的1064nm光經(jīng)過分束， 一束 作為探測(cè)壓縮光的本振光，另一束通過雙色鏡與532nm光合并，然后入射進(jìn)光學(xué)參量放大 器3。光學(xué)參量放大器3的1064nm透射光分為兩束，一束入射進(jìn)腔長(zhǎng)鎖定系統(tǒng)4用于鎖腔， 通過高壓放大器加載壓電陶瓷上調(diào)制腔長(zhǎng)，使光學(xué)參量放大器3鎖定到基頻1064nm光透射 峰的最大處。光學(xué)參量放大器3的1064nm透射光的另一束與本振光干涉耦合后入射進(jìn)平 衡零拍探測(cè)系統(tǒng)5探測(cè)。如圖2，圖3是利用平衡零拍探測(cè)裝置測(cè)量光場(chǎng)的量子噪聲。壓縮 和反壓縮分量的噪聲功率分別為低于散粒噪聲2db和高于散粒噪聲8db。
本發(fā)明的核心是一種產(chǎn)生真空壓縮態(tài)光場(chǎng)的的裝置。該裝置可以產(chǎn)生穩(wěn)定度高的 真空壓縮態(tài)光場(chǎng)，可廣泛應(yīng)用于壓縮光和糾纏光的量子光學(xué)研究和應(yīng)用中。
權(quán)利要求
一種真空壓縮態(tài)光場(chǎng)產(chǎn)生裝置，其特征在于，包括單頻雙波長(zhǎng)激光器(1)，以及固定在光學(xué)基座上的模清潔器(2)、光學(xué)參量放大器(3)、腔長(zhǎng)鎖定系統(tǒng)(4)和平衡零拍探測(cè)系統(tǒng)(5)；所述的激光器(1)輸出光經(jīng)分束鏡分為532nm光和1064nm光，1064nm光輸入模清潔器(2)，模清潔器(2)輸出的光與532nm光合并后輸入光學(xué)參量放大器(3)；光學(xué)參量放大器(3)輸出的光，一束輸入腔長(zhǎng)鎖定系統(tǒng)(4)，另一束輸入平衡零拍探測(cè)系統(tǒng)(5)；所述的模清潔器(2)，由第一透鏡(6)，半波片(7)，第二透鏡(8)，偏振分束器(9)，光纖輸入頭(10)，單模保偏光纖(11)和光纖輸出頭(12)在光軸上依次排列構(gòu)成；其中，第一透鏡(6)和第二透鏡(8)調(diào)節(jié)激光的模式，半波片(7)和偏振分束器(9)調(diào)節(jié)激光的偏振，只讓激光的TEM00模通過單模保偏光纖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空壓縮光場(chǎng)產(chǎn)生裝置，所述的光學(xué)基座為低的光學(xué)接桿。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的真空壓縮光場(chǎng)產(chǎn)生裝置，所述的單頻雙波長(zhǎng)激光器(1)是LD泵浦全固體化連續(xù)單頻內(nèi)腔倍頻環(huán)形Nd:YV04-KTP 532nm綠光激光器，808nm抽運(yùn)光功率為2. 5W， 532nm綠光輸出功率為220mW， 1064nm紅外光輸出功率為50mW。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種真空壓縮態(tài)光場(chǎng)產(chǎn)生裝置，包括單頻雙波長(zhǎng)激光器(1)，以及固定在光學(xué)基座上的模清潔器(2)、光學(xué)參量放大器(3)、腔長(zhǎng)鎖定系統(tǒng)(4)和平衡零拍探測(cè)系統(tǒng)(5)；所述的模清潔器(2)，由第一透鏡(6)，半波片(7)，偏振分束器(8)，第二透鏡(9)，光纖輸入頭(10)，單模保偏光纖(11)和光纖輸出頭(12)在光軸上依次排列構(gòu)成。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)節(jié)方便、穩(wěn)定度高和可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)H01S3/16GK101794961SQ20101011030
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者于旭東, 張靖, 邸克 申請(qǐng)人:山西大學(xué)