本技術(shù)屬于測(cè)量設(shè)備，涉及一種基于四波混頻過(guò)程的六光束相敏放大器。

背景技術(shù)：

1、量子壓縮作為量子精密測(cè)量和量子信息領(lǐng)域不可或缺的量子資源，在量子光學(xué)中有著重要的意義和價(jià)值。由于其噪聲抑制特性，量子壓縮在引力波探測(cè)、激光束定位、量子成像以及量子等離子體傳感等方面都得到了廣泛應(yīng)用。多光束量子壓縮在擁有壓縮特性的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了在多個(gè)光束之間共享量子關(guān)聯(lián)。這為量子技術(shù)的應(yīng)用提供了新的拓展方向，對(duì)于實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的光學(xué)操作和提高測(cè)量精度至關(guān)重要。

2、量子壓縮作為一種降低量子噪聲、顯著提升系統(tǒng)性能的量子資源，其壓縮程度直接決定了系統(tǒng)性能的提升程度。然而，當(dāng)前多光束量子壓縮仍然面臨一些挑戰(zhàn)，其壓縮程度相對(duì)較低。同時(shí)，由于不可避免的傳輸損耗、檢測(cè)損耗以及引入的額外噪聲等因素的存在，進(jìn)一步限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的范圍和效果。只有進(jìn)一步提升多光束量子壓縮度，才能發(fā)揮其潛在優(yōu)勢(shì)，為其進(jìn)一步實(shí)際應(yīng)用打開(kāi)新的可能性?，F(xiàn)有技術(shù)例如interference-induced?quantum?squeezing?enhancement?in?a?two-beam?phase-sensitive?amplifier實(shí)現(xiàn)的是一種雙光束量子壓縮增強(qiáng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多光束的量子壓縮增強(qiáng)，本實(shí)用新型的裝置可以通過(guò)相敏放大實(shí)現(xiàn)多光束量子壓縮增強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種基于四波混頻過(guò)程的六光束相敏放大器。本實(shí)用新型提供的所述六光束相敏放大器能夠?qū)崿F(xiàn)量子壓縮增強(qiáng)，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的六光束非相敏放大器約5.05db的強(qiáng)度差壓縮,本實(shí)用新型的所述六光束相敏放大器實(shí)現(xiàn)了約6.64db的強(qiáng)度差壓縮，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度差壓縮的增強(qiáng)。

2、本實(shí)用新型的裝置除了可以發(fā)生單泵浦四波混頻反應(yīng)，也可以發(fā)生雙泵浦四波混頻反應(yīng)，產(chǎn)生多光束的量子壓縮，應(yīng)用于一些特定的實(shí)驗(yàn)需求中，并且目前多光束的壓縮程度比較低，本實(shí)用新型裝置六光束相敏放大器產(chǎn)生了多光束的量子壓縮，且效果優(yōu)于非相敏放大器。

3、隨著量子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，量子信息體系的復(fù)雜程度隨之提升，多光束量子關(guān)聯(lián)成為構(gòu)建復(fù)雜量子信息體系的重要資源之一。相敏放大器對(duì)比非相敏放大器而言，可以增強(qiáng)量子關(guān)聯(lián)，本實(shí)用新型所述的相敏放大器為六光束相敏放大器，主要特征在于產(chǎn)生了六光束量子關(guān)聯(lián)，并且實(shí)現(xiàn)了六光束量子關(guān)聯(lián)增強(qiáng)。

4、本實(shí)用新型提供了一種基于四波混頻過(guò)程的六光束相敏放大器，所述六光束相敏放大器包括：激光器、多個(gè)半波片、多個(gè)反射鏡、多個(gè)偏振分束器、分束器、多個(gè)聲光調(diào)制器、壓電陶瓷、格蘭激光棱鏡、銣原子池、格蘭湯普森棱鏡、光束收集器、多個(gè)光電探測(cè)器、減法器、微型控制器和頻譜分析儀；

5、所述激光器為鈦寶石激光器，用于激發(fā)并出射激光束；

6、沿所述激光器出射的所述激光束的光路依次設(shè)置有第一半波片、第一偏振分束器；

7、所述第一半波片用于改變所述激光束的偏振狀態(tài)，使得通過(guò)所述第一半波片后的激光束在通過(guò)偏振分束器時(shí)水平偏振和垂直偏振的分量不同；所述第一偏振分束器將所述激光束根據(jù)水平偏振和垂直偏振的分量分束為第一激光束、第二激光束；

8、沿所述第一激光束的光路依次設(shè)置有第一反射鏡、第二半波片、第二偏振分束器；

9、所述第一反射鏡用于改變所述第一激光束的光路方向；所述第二半波片用于改變所述第一激光束的偏振方向，使所述第一激光束的水平偏振和垂直偏振的分量不同，配合第二偏振分束器改變兩束泵浦光功率；所述第二偏振分束器用于將所述第一激光束分束為第三激光束、第四激光束；所述第三激光束的偏振方向?yàn)樗椒较颍龅谒募す馐钠穹较驗(yàn)榇怪狈较颍?/p>

10、沿所述第三激光束的光路依次設(shè)置有第三半波片、第二反射鏡、格蘭激光棱鏡；

11、所述第三半波片用于改變所述第三激光束的偏振方向，將所述第三激光束的偏振狀態(tài)由水平轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪保凰龅诙瓷溏R用于改變所述第三激光束的光路方向；所述格蘭激光棱鏡用于激光束的合束；

12、沿所述第四激光束的光路依次設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)反射鏡、格蘭激光棱鏡；

13、一個(gè)或多個(gè)所述反射鏡(包括第三反射鏡、第四反射鏡)用于改變所述第四激光束的光路方向；所述格蘭激光棱鏡用于激光束的合束；

14、第三激光束經(jīng)過(guò)第二反射鏡反射后的光路直接進(jìn)入所述格蘭激光棱鏡，未經(jīng)過(guò)第四反射鏡；

15、沿所述第二激光束的光路依次設(shè)置有第四半波片、分束器；

16、所述第四半波片用于改變所述第二激光束的偏振方向，將所述第二激光束的偏振方向由垂直轉(zhuǎn)變?yōu)樗?；所述分束器用于將所述第二激光束分束成第五激光束、第六激光束，此處所用的分束器?duì)偏振不敏感，光束分束比為50:50；

17、沿所述第五激光束的光路依次設(shè)置有第一聲光調(diào)制器、反射鏡組、格蘭激光棱鏡；

18、所述第一聲光調(diào)制器對(duì)所述第五激光束進(jìn)行頻移，頻移后相對(duì)泵浦光束(第三激光束或第四激光束)藍(lán)失諧3.04ghz；所述反射鏡組包括第五反射鏡、第六反射鏡，用于改變所述第五激光束的光路方向；所述格蘭激光棱鏡用于激光束的合束；

19、沿所述第六激光束的光路依次設(shè)置有第七反射鏡、第二聲光調(diào)制器、壓電陶瓷、第八反射鏡、格蘭激光棱鏡；

20、所述第七反射鏡用于改變所述第六激光束的光路方向；所述第二聲光調(diào)制器對(duì)第六激光束進(jìn)行頻移，頻移后相對(duì)泵浦光束紅失諧3.04ghz；所述第八反射鏡和所述壓電陶瓷用于改變所述第六激光束的光路方向；所述壓電陶瓷同時(shí)用于接收所述微型控制器的反饋信號(hào)；所述格蘭激光棱鏡用于合束；

21、所述第三激光束、所述第四激光束、所述第五激光束、所述第六激光束共同從所述格蘭激光棱鏡中出射，沿光路設(shè)置有銣原子池、格蘭湯普森棱鏡、多個(gè)光電探測(cè)器、減法器和微型控制器，所述頻譜分析儀設(shè)置在所述減法器后；所述格蘭湯普森棱鏡反射處還設(shè)有光束收集器；

22、所述銣原子池長(zhǎng)度為12mm，作為四波混頻過(guò)程的介質(zhì)，發(fā)生四波混頻時(shí)的溫度被加熱至112.7℃；所述格蘭湯普森棱鏡用于過(guò)濾掉剩余泵浦光；所述光電探測(cè)器包括第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器，具有105v/a的跨阻增益和97％的量子效率，用于探測(cè)直流信號(hào)和射頻信號(hào)；所述頻譜分析儀的分辨率帶寬和視頻帶寬分別設(shè)置為30khz和300hz，用于分析射頻信號(hào)；所述微型控制器用于將光電探測(cè)器接收的直流信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，并將處理后的輸出反饋信號(hào)發(fā)送給探針光路中的壓電陶瓷，以實(shí)現(xiàn)相位鎖定控制。

23、所述第一偏振分束器與所述第二偏振分束器分別通過(guò)旋轉(zhuǎn)所述第一半波片和所述第二半波片改變分束比；在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述分束比為50:50。

24、所述銣原子池發(fā)生單泵浦85rb雙λ能級(jí)結(jié)構(gòu)四波混頻過(guò)程和雙泵浦85rb雙λ能級(jí)結(jié)構(gòu)四波混頻過(guò)程。

25、所述第三激光束和所述第四激光束為泵浦光，在豎直面夾角為8mrad；所述第六激光束為探針光，所述第五激光束為共軛光，第六激光束和第五激光束在水平面的夾角為10mrad。

26、本實(shí)用新型的有益效果包括：在不同泵浦功率下，六光束相敏放大器的強(qiáng)度差壓縮總是明顯高于非相敏放大器。將探針光和共軛光的功率設(shè)置在15μw，通過(guò)控制變量分別改變不同泵浦的功率，對(duì)比了相敏和非相敏情況下的強(qiáng)度差壓縮。首先控制泵浦光2的功率為150mw，改變泵浦光1的功率從30mw逐漸到150mw，測(cè)量了相敏和非相敏情況下的強(qiáng)度差壓縮，明顯高于非相敏放大器。

27、通過(guò)控制泵浦光1的功率為150mw，改變泵浦光2的功率從30mw逐漸到150mw研究相敏和非相敏情況下的強(qiáng)度差壓縮，依然明顯高于非相敏放大器。

28、當(dāng)泵浦光1和泵浦光2的功率均為150mw時(shí)，六光相敏放大器的強(qiáng)度差壓縮度達(dá)到約6.64db，比非相敏放大器提高了約1.60db。