一种调节泵浦光与单共振光学参量腔模式匹配的方法技术

本发明专利技术提供了一种调节泵浦光与单共振光学参量腔模式匹配的方法，此方法包括以下步骤：调节信号光与光学参量腔模式匹配；锁定光学参量腔，获得信号光的倍频光输出；调节倍频光与辅助的非简并光学腔模式匹配；从另一个方向上调节泵浦光与非简并光学腔模式匹配；获得泵浦光与光学参量腔模式匹配。该方法操作方便、匹配精度高、结果直观，具有很好的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种调节泵浦光与单共振光学参量腔模式匹配的方法
本专利技术涉及一种调节泵浦光与单共振光学参量腔模式匹配的方法，具体是一种利用一个非简并光学腔作为辅助模式匹配腔，将非共振光束与光学参量腔的模式匹配转换为光束与辅助腔模式匹配的方法。
技术介绍
压缩态光场是一种非常重要的非经典光场，可以应用于引力波的探测、光学精密测量、纠缠态光场的产生、量子通讯等研究领域。尤其在量子通讯方面，两个单模压缩态光场或者一个双模压缩态光场可用来产生纠缠光，纠缠光作为量子信息的基础和核心，可以完成量子纠缠交换、超微弱信息的量子传输、量子保密通信、量子密集编码和量子离物传态等量子通信领域的重要原理性实验。光学参量振荡过程是获得压缩态光场的重要技术手段，根据光学参量振荡腔量子噪声的理论分析，可以得到正交分量压缩的理论表达式(P.K.Lam,T.C.Ralph,B.C.Buchlereral.,Optimizationandtransferofvacuumsqueezingfromanopticalparametricoscillator,J.Opt.B:QuantumSemiclass.Opt.1(1999)469-474)如下：其中，ηesc是光学参量振荡腔的逃逸效率，同等条件下，逃逸效率越高，获得的压缩度越高。逃逸效率为光学参量振荡腔输出耦合透射率与总损耗的比值，对于固定的输出耦合透射率，光学参量腔的内腔损耗越小，逃逸效率越高。而内腔损耗不仅与腔内光学元件的质量，而且与信号光与光学参量腔的模匹配效率有关。模匹配效率越高，逃逸效率越高，压缩度越高。因此，信号光的模式匹配效率的提高是获得高质量压缩的关键。从公式(a)可知，另一个影响压缩度的参数是光学参量腔的阈值Pth，光学参量振荡腔的阈值越高，获得同样的参量增益需要的泵浦功率越高，而泵浦功率的提高会导致非线性晶体的热效应加剧，影响压缩光的获得。同时需要提高泵浦光的功率来满足经典增益的要求，为泵浦激光器提出更高要求。在其它条件相同的情况下，光学参量腔的阈值Pth和泵浦光与光学参量腔的匹配效率有关，泵浦光与光学参量腔的匹配效率越高，光学参量腔的阈值越低，越容易获得高压缩度光。另外，如果泵浦光与光学参量腔的模式匹配效率不高，泵浦光可能会激发光学参量腔内的高阶横模振荡，影响泵浦光与基模信号光相互作用的效率。因此，获得高效率的泵浦光与光学参量腔模式匹配是获得高质量压缩的另一个关键因素。信号光在光学参量腔中振荡，因而扫描腔长透射信号的精细度较高，可以观察主模强度占所有模式强度的比例，得到模式匹配效率。通过选用合适的透镜组和调整信号光的方向使模式匹配效率达到最大，一般要求模式匹配效率大于99％。在单共振光学参量腔中，泵浦光在光学参量腔中不共振(一般为双次通过)，透射信号的精细度很低，形状如图1所示，匹配不好导致的小模被淹没在主模中，不能直接观察透射信号得到模式匹配效率的大小。现有技术中，研究人员通常会先更换一组对泵浦光共振的光学参量腔腔镜(该腔中泵浦光的精细度高)，然后选用合适的透镜组和调整泵浦光的方向使模式匹配效率达到最大，匹配好后再换回对泵浦光不共振的腔镜。更换腔镜不仅麻烦，而且更换过程中腔长难免变化，影响实际的模式匹配效率。现有技术的另一种方法是在同样的泵浦功率下，观察光学参量腔的经典增益大小，经典增益越高，表明泵浦光与光学参量腔的模式匹配效率越高。该方法的缺陷是只能比较调节过程中模式匹配效率的相对大小(比如模式匹配效率是提高还是降低)，而并不知道绝对模式匹配效率的值(是否达到99％)，调节过程盲目。因而，不仅操作过程繁琐，而且对模式匹配效率的衡量不直观。本专利技术提出一种调节泵浦光与单共振光学参量腔模式匹配的方法，可以在不更换光学参量腔腔镜的情况下，利用辅助的非简并光学腔，并能通过观察辅助腔的透射信号直接获得模式匹配效率的数值，获得泵浦光与光学参量腔高效率的模式匹配。具有简单、精确、直观等优点，具有重要的应用价值。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种简便、精确、直观地调节泵浦光与单共振光学参量腔模式匹配的方法。本专利技术的核心思想是把调节光学参量腔中非共振的泵浦光束的模式匹配转化为调节泵浦光束与共振辅助的非简并光学腔的模式匹配。首先，采用放置在信号光光路中的透镜组变换信号光的参数，使信号光与光学参量腔实现模式匹配；然后，锁定光学参量腔的腔长使信号光在光学参量腔内共振增强，获得信号光的倍频光输出；用一个非简并光学腔作为辅助腔，将光学参量腔输出的倍频光注入非简并光学腔，并用透镜组变换倍频光的参数使倍频光与非简并光学腔实现模式匹配；将泵浦光从辅助腔的另一边注入辅助腔，并用透镜组变换泵浦光光束参数，使泵浦光与辅助腔实现模式匹配；由于泵浦光与倍频光的波长相等，根据光路可逆性原理，即实现泵浦光与光学参量腔模式匹配。本专利技术提供了一种调节泵浦光与单共振光学参量腔模式匹配的方法，其特征在于包括以下步骤：1)、用放置在光学参量腔前信号光光路中的第一透镜组变换信号光在光学参量腔内的模式尺寸，使信号光与光学参量腔的本征模实现模式匹配。在光学参量腔前插入合适焦距的第一透镜组，变换信号光的横模尺寸，使其横模模式与光学参量腔的本征模模式一致。调节第一导光镜组，使信号光束在光学参量腔内谐振并与其本征模完全重合，通过第一压电陶瓷扫描光学参量腔的腔长，由第三探测器即可观察到光学参量腔输出激光的透射峰曲线。由于信号光是光学参量腔的共振光束，精细度较高，可以通过直接观察透射峰各个模式的比例得到信号光与光学参量腔模式匹配的程度。在一个自由光谱区内，当透射峰的主峰达到最高且无次峰出现或者次峰仅占总峰能量的1％以下时，此时即实现了信号光束与光学参量腔的模式匹配。2)、锁定光学参量腔的腔长，使光学参量腔的腔长在信号光的频率上满足谐振增强条件，获得信号光的的倍频光输出。锁定光学参量腔的腔长后，光学参量腔内信号光的功率密度较高，在光学参量腔内的非线性晶体中发生相互作用，获得信号光的倍频光输出，该倍频光的波长与泵浦光的波长相同，光束参数(腰斑、发散角)与泵浦光最佳模式匹配时的光束参数相同。3)、将光学参量腔锁定后获得的倍频光导入一个辅助的非简并光学腔，用放置在光学参量腔和非简并光学腔之间的第二透镜组变换倍频光在非简并光学腔内的模式尺寸，使倍频光与非简并光学腔的本征模实现模式匹配。选取所有腔镜都对泵浦光高反的非简并光学腔作为辅助腔，因而辅助腔对泵浦光(和倍频光)的精细度都很高，可以通过直接观察透射峰各个模式的比例得到信号光与光学参量腔模式匹配的程度。在光学参量腔后插入合适焦距的第二透镜组，变换倍频光束的横模尺寸，使其横模模式与辅助腔的本征模模式一致。调节第二导光镜组，使倍频光束在辅助腔内谐振并与其本征模完全重合，通过第二压电陶瓷扫描辅助腔的腔长，由第一探测器即可观察到辅助腔输出激光的透射峰曲线。在一个自由光谱区内，当透射峰的主峰达到最高且无次峰出现或者次峰仅占总峰能量的1％以下时，此时即实现了倍频光束与辅助腔的模式匹配。4)、用放置在非简并光学腔另一端的第三透镜组变换泵浦光在非简并光学腔内的模式尺寸，使泵浦光与非简并光学腔的本征模实现模式匹配。在辅助腔的另一端，泵浦光的入射光路上插入合适焦距的第三透镜组，变换泵浦光束的横模尺寸，使其横模模式与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调节泵浦光与单共振光学参量腔模式匹配的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、用放置在光学参量腔(1)前信号光(2)光路中的第一透镜组(4)变换信号光(2)在光学参量腔(1)内的模式尺寸，使信号光(2)与光学参量腔(1)的本征模实现模式匹配；2)、锁定光学参量腔(1)的腔长，使光学参量腔(1)的腔长在信号光(2)的频率上满足谐振增强条件，获得信号光(2)的倍频光(7)输出；3)、将光学参量腔(1)锁定后获得的倍频光(7)导入一个辅助的非简并光学腔(11)，用放置在光学参量腔(1)和非简并光学腔(11)之间的第二透镜组(9)变换倍频光在非简并光学腔(11)内的模式尺寸，使倍频光(7)与非简并光学腔(11)的本征模实现模式匹配；4)、用放置在非简并光学腔(11)另一边的第三透镜组(13)变换泵浦光(3)在非简并光学腔(11)内的模式尺寸，使泵浦光(3)与非简并光学腔(11)的本征模实现模式匹配；5)、泵浦光(3)与倍频光(7)波长相等，根据光路可逆性原理可知，泵浦光(3)与光学参量腔(1)的本征模实现了模式匹配。

【技术特征摘要】
1.一种调节泵浦光与单共振光学参量腔模式匹配的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、用放置在光学参量腔(1)前信号光(2)光路中的第一透镜组(4)变换信号光(2)在光学参量腔(1)内的模式尺寸，使信号光(2)与光学参量腔(1)的本征模实现模式匹配；2)、锁定光学参量腔(1)的腔长，使光学参量腔(1)的腔长在信号光(2)的频率上满足谐振增强条件，获得信号光(2)的倍频光(7)输出；3)、将光学参量腔(1)锁定后获得的倍频光(7)导入一个辅助的非简并光学腔(11)，用放置在光学参量腔(1)和非简并光学腔(11)之间的第二透镜组(9)变换倍频光在非简并光学腔(11)内的模式尺寸，使倍频光(7)与非简并光学腔(11)的本征模实现模式匹配；4)、用放置在非简并光学腔(11)另一边的第三透镜组(13)变换泵浦光(3)在非简并光学腔(11)内的模式尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑耀辉，彭堃墀，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14