一种准连续量子压缩真空态光场产生装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A Quasi-Continuous Quantum Squeezed Vacuum Light Field Generator

【技术实现步骤摘要】
一种准连续量子压缩真空态光场产生装置
本专利技术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。
技术介绍
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，本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术采用的技术方案为：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高压放大器、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电路的输出端经第二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，所述第三偏置电压电路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输出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电路的输出端经第二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的反向输入端本文档来自技高网...

【技术保护点】
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），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（3）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。...

【技术特征摘要】
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），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（3）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。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，还包括时序控制单元（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。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）包括第三高压放大器（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）的输出端经第二电压保持电路（44）后与所述第三高压放大器（49）的增益输入端口连接，第三信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：田龙，郑耀辉，田宇航，王雅君，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14