一种基于光学参量过程的非线性干涉仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于光学参量过程的非线性干涉仪，包括：激光器、第一半波片、第二半波片、第三半波片、第一极化分束器、第二极化分束器、声光调制器、第一格兰激光棱镜、第二格兰激光棱镜、第一铷池和第二铷池。激光器输出的泵浦光经转变形成探针光、第二垂直偏振光和第三垂直偏振光；探针光和第二垂直偏振光在第一铷池内发生四波混频效应形成第一探针光与第一共轭光；第三垂直偏振光分别和第一探针光及第一共轭光于第二铷池中心内发生四波混频效应，分别输出第二探针光和第二共轭光。本实用新型专利技术利用85Rb原子蒸汽中双“∧”能级结构的非简并四波混频过程产生替代传统干涉仪中的分束器与合束器，干涉条纹对比度可以达到99％左右。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种基于光学参量过程的非线性干涉仪，包括：激光器、第一半波片、第二半波片、第三半波片、第一极化分束器、第二极化分束器、声光调制器、第一格兰激光棱镜、第二格兰激光棱镜、第一铷池和第二铷池。激光器输出的泵浦光经转变形成探针光、第二垂直偏振光和第三垂直偏振光；探针光和第二垂直偏振光在第一铷池内发生四波混频效应形成第一探针光与第一共轭光；第三垂直偏振光分别和第一探针光及第一共轭光于第二铷池中心内发生四波混频效应，分别输出第二探针光和第二共轭光。本技术利用85Rb原子蒸汽中双“∧”能级结构的非简并四波混频过程产生替代传统干涉仪中的分束器与合束器，干涉条纹对比度可以达到99％左右。【专利说明】一种基于光学参量过程的非线性干涉仪
本技术属于精密测量
，特别涉及一种基于光学参量过程的非线性干涉仪。
技术介绍
在精密测量领域，光学干涉仪是有效的手段。如Mach-Zehnder干涉仪，如今是引力波探测系统(Gravitat1nal-Wave Observatory)的核心部分。干涉仪常用来测量位相的变化，位相变化的测量精度一直以来都是科学家们挑战的课题。在干涉仪的输入端，真空噪声涨落给位相测量带来一个测量精度的极限，叫做标准量子极限(Standard QuantumLimit)，也叫散粒噪声极限(Shot Noise Limit)。1981年，C.M.Caves在他的论文里指出，如果采用压缩光这种非经典光源作为干涉仪的输入，可以降低系统噪声，提高信噪比，从而使位相测量的灵敏度突破标准量子极限甚至达到海森堡极限(Heisenberg Limit)。此后为了使位相测量精度能够突破标准量子极限，已有多个实验研宄组分别采用压缩态光源注入干涉仪从而提高了干涉仪的信噪比。目前许多理论工作也证明应用非经典光源，如压缩态(Squeezed States)，Fock态，以及NOON态等非经典光源填补干涉仪的真空通道可以突破标准量子极限。然而，这类干涉仪对于来自干涉仪外部或是内部的损耗都非常敏感。 除了以上谈及的Mach-Zehnder干涉仪用来突破标准量子极限之外，另外一种干涉仪是B.Yurke 1986提出的SU(1，I)非线性干涉仪。这种干涉仪的基本结构和Mach-Zehnder干涉仪类似。在Mach-Zehnder干涉仪中，用两个传统的分束镜来对入射光进行分束和合束；在非线性干涉仪当中，两个分束镜分别被两个四波混频非线性参量放大器代替。Yurke等在理论上证明在没有损耗的情况下，这种非线性干涉仪可以将相位测量精度提高到海森堡极限。Plick等也在理论上研宄过类似的方案，通过将相干态注入参量放大过程，最后可以增加光子数从而提高测量精度。因此，目前亟需一种非线性干涉仪将相干态注入参量放大过程以提高相位测量精度。 近期美国国家标准与技术研宄院的Paul Lett教授研宄小组在实验上发现了利用碱金属铷原子蒸气(85Rb)中四波混频过程可以实现比较理想的四波混频放大器。本技术利用两个四波混频过程分别代替传统干涉仪中的光学分束器与合束器，首次提出并实现了一种基于光学参量过程的非线性干涉仪。此基于光学参量过程的非线性干涉仪干涉条纹对比度可以达到99%左右。与线性干涉仪相比，此非线性干涉仪具有更高的信噪比和相位灵敏度。
技术实现思路
本技术提出了一种基于光学参量过程的非线性干涉仪，包括:激光器、第一半波片、第二半波片、第三半波片、第一极化分束器、第二极化分束器、声光调制器、第一格兰激光棱镜、第二格兰激光棱镜、第一铷池和第二铷池；所述激光器输出的泵浦光依次射入第一半波片和第一极化分束器；所述第一极化分束器透射端射出第一水平偏振光，折射端射出第一垂直偏振光；所述第二半波片与所述第二极化分束器设置在所述第一极化分束器的折射端，所述第二极化分束器的透射端射出第二水平偏振光，折射端射出第二垂直偏振光；所述第三半波片设置在所述第二极化分束器的透射端，所述第二水平偏振光经过所述第三半波片转变为第三垂直偏振光；所述声光调制器设置在所述第一极化分束器的透射端，调制所述第一水平偏振光形成探针光；所述第一格兰激光棱镜设置在所述声光调制器的输出端和所述第二极化分束器的折射端，将所述探针光和所述第二垂直偏振光相交于所述第一铷池内；所述探针光和所述第二垂直偏振光在所述第一铷池内发生四波混频效应，放大形成第一探针光与第一共轭光；所述第三垂直偏振光经所述第二格兰激光棱镜反射，与透射过所述第二格兰激光棱镜的第一探针光和第一共轭光分别交叉于所述第二铷池中心；所述第三垂直偏振光分别与所述第一探针光和第一共轭光发生四波混频效应，分别输出第二探针光和第二共轭光。 本技术提出的所述基于光学参量过程的非线性干涉仪中，所述激光器为钛宝石激光器。 本技术提出的所述基于光学参量过程的非线性干涉仪中，进一步包括第一透镜组，所述第一透镜组设置在所述第二极化分束器的透射端和所述第二格兰激光棱镜之间。 本技术提出的所述基于光学参量过程的非线性干涉仪中，进一步包括第二透镜组，所述第二透镜组设置在所述第一铷池和所述第二铷池之间。 本技术提出的所述基于光学参量过程的非线性干涉仪中，进一步包括设置在所述第一铷池和所述第二铷池之间的相移器。 本技术提出的所述基于光学参量过程的非线性干涉仪中，进一步包括第一格兰汤姆森棱镜和第一光束收集器；所述第一格兰汤姆森棱镜设置在所述第一铷池的输出端；所述第一格兰汤姆森棱镜的折射端设有所述第一光束收集器。 本技术提出的所述基于光学参量过程的非线性干涉仪中，进一步包括第二格兰汤姆森棱镜和第二光束收集器；所述第二格兰汤姆森棱镜设置在所述第二铷池的输出端；所述第二格兰汤姆森棱镜的折射端设有所述第二光束收集器。 本技术提出的所述基于光学参量过程的非线性干涉仪中，在所述第一铷池的中心，所述探针光和所述第二垂直偏振光以0.4°相交。 本技术提出的所述基于光学参量过程的非线性干涉仪中，在所述第二铷池的中心，所述第一探针光和所述第一共轭光分别与所述第三垂直偏振光以0.4°相交。 本技术的有益效果在于:本技术利用85Rb原子蒸汽中双“Λ”能级结构的非简并四波混频过程产生替代传统干涉仪中的分束器与合束器，干涉条纹对比度可以达到99%左右。与传统干涉仪相比，此非线性干涉仪具有更高的信噪比和相位灵敏度，其信噪比比线性干涉仪提高了 4.ldB。 【专利附图】【附图说明】 图1为本技术基于光学参量过程的非线性干涉仪的结构图。 图2为一具体实施例中基于光学参量过程的非线性干涉仪的结构图。 图3为本技术的85Rb原子双“Λ”结构及非简并四波混频过程的示意图。 图4为本技术非线性干涉仪两个输出端的干涉条纹，其中，图4(a)为信号光的干涉条纹，曲线(b)为共轭光的干涉条纹。 图5为本技术共轭光通道干涉条纹最大强度的对数值随干涉仪内部相敏场强度的对数值的变化曲线。 图6为本技术非线性干涉仪的干涉信号(i)与线性干涉仪的干涉信号(ii)对比。 图7为本技术非线性干涉仪与线性干涉仪的量子噪声测量结果对比。 【具体实施方式】 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光学参量过程的非线性干涉仪，其特征在于，包括：激光器(1)、第一半波片(31)、第二半波片(32)、第三半波片(33)、第一极化分束器(41)、第二极化分束器(42)、声光调制器(5)、第一格兰激光棱镜(61)、第二格兰激光棱镜(62)、第一铷池(71)和第二铷池(72)；所述激光器(1)输出的泵浦光依次射入第一半波片(31)和第一极化分束器(41)；所述第一极化分束器(41)透射端射出第一水平偏振光，折射端射出第一垂直偏振光；所述第二半波片(32)与所述第二极化分束器(42)设置在所述第一极化分束器(41)的折射端，所述第二极化分束器(42)的透射端射出第二水平偏振光，折射端射出第二垂直偏振光；所述第三半波片(33)设置在所述第二极化分束器(42)的透射端，所述第二水平偏振光经过所述第三半波片(33)转变为第三垂直偏振光；所述声光调制器(5)设置在所述第一极化分束器(41)的透射端，调制所述第一水平偏振光形成探针光；所述第一格兰激光棱镜(61)设置在所述声光调制器(5)的输出端和所述第二极化分束器(42)的折射端，将所述探针光和所述第二垂直偏振光相交于所述第一铷池(71)内；所述探针光和所述第二垂直偏振光在所述第一铷池(71)内发生四波混频效应，放大形成第一探针光与第一共轭光；所述第三垂直偏振光经所述第二格兰激光棱镜(62)反射，与透射过所述第二格兰激光棱镜(62)的第一探针光和第一共轭光分别交叉于所述第二铷池(72)中心；所述第三垂直偏振光分别与所述第一探针光和第一共轭光发生四波混频效应，分别输出第二探针光和第二共轭光。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：荆杰泰，刘寸金，孔嘉，秦忠忠，张卫平，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：新型
国别省市：上海;31