一种基于铷池级联四波混频提高光束强度与信噪比的系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种基于铷池级联四波混频提高光束强度与信噪比的系统，包括：第一铷池、第二铷池、第一分束器、第二分束器、第三分束器、第四分束器、探测光发生器、第一共轭光发生器、第一泵浦光发生器、第二共轭光发生器和第二泵浦光发生器；本实用新型专利技术利用两个级联的相位敏感四波混频过程产生三光束，只有探测光贯穿了整个系统，可以放大光束强度与光束信噪比，获得约45倍注入光强度与约2.8倍的信噪比光束。本实用新型专利技术使用激光作为光源，且注入的探测光与共轭光强度一致，具有结构简单、易于集成与操控等优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及提高光束信噪比的技术，具体涉及一种基于铷池级联四波混频提高光束强度与信噪比的系统。
技术介绍
目前，高品质量子光束已成为量子通信和精密测量必不可少的组成部分。提高光束信噪比，放大光束强度是获得高品质量子光束的很重要的一部分。提高输入信噪比的现有措施包括：1)利用信号调制及选频技术可抑制噪声的引入，噪声的大小与电路的频带宽度成正比，因此放大器应采用带宽尽可能窄的选频放大器或锁相放大器；2)另外也可将器件制冷，减小热发射，降低产生-复合噪声。3)采用半导体制冷、杜瓦瓶液态气体制冷或专用制冷机制冷；4)采用最佳条件下的偏置电路，也可使信噪比(S/N)最大。这些方案都具有易受环境影响，手段较为复杂，难以具有集成等特点。为了克服现有技术中易受环境影响及实现手段复杂等缺陷，本技术提出了一种新的基于铷池级联四波混频提高光束强度与信噪比的系统。本系统可用于提高信噪比，放大光束强度。相对于现有单个铷池的相位敏感级联四波混频系统，本系统在相同相位条件下放大倍数更大，且解决了原相位不敏感的四波混频系统无法提高光束信噪比的问题。
技术实现思路
本技术提出了一种基于铷池级联四波混频提高光束强度与信噪比的系统，包括：第一铷池、第二铷池、第一分束器、第二分束器、第三分束器、第四分束器、探测光发生器、第一共轭光发生器、第一泵浦光发生器、第二共轭光发生器和第二泵浦光发生器；所述探测光发生器发射的探测光依次经过所述第一分束器、第一铷池、第二分束器、第三分束器、第二铷池和第四分束器；所述第一共轭光发生器发射的第一共轭光依次经过所述第一分束器、第一铷池、第二分束器，与所述探测光在所述第一铷池内汇聚；所述第一泵浦光发生器发射的第一泵浦光经过所述第一分束器反射入所述第一铷池，与所述探测光及所述第一共轭光在所述第一铷池内汇聚后，经所述第二分束器反射；所述第二共轭光发生器发射的第二共轭光依次经过所述第三分束器、第二铷池、第四分束器，与所述探测光在所述第二铷池内汇聚；所述第二泵浦光发生器发射的第二泵浦光经过所述第三分束器反射入所述第二铷池，与所述探测光及所述第二共轭光在所述第二铷池内汇聚后，经所述第四分束器反射。本技术提出的所述基于铷池级联四波混频提高光束强度与信噪比的系统中，所述探测光及所述第一共轭光在所述第一铷池内以7mrad的夹角交叉汇聚。本技术提出的所述基于铷池级联四波混频提高光束强度与信噪比的系统中，所述探 测光及所述第二共轭光在所述第二铷池内7mrad的夹角交叉汇聚。本技术提出的所述基于铷池级联四波混频提高光束强度与信噪比的系统中，所述探测光、所述第一共轭光及所述第二共轭光的强度相同。本技术提出的所述基于铷池级联四波混频提高光束强度与信噪比的系统中，所述第一铷池和所述第二铷池的强度增益为3。本技术提出的所述基于铷池级联四波混频提高光束强度与信噪比的系统中，所述第一铷池和所述第二铷池的相位为0或2π。本技术提出的所述基于铷池级联四波混频提高光束强度与信噪比的系统中，所述探测光、所述第一共轭光、所述第一泵浦光、所述第二共轭光和所述第二泵浦光均为相干光。本技术的有益效果在于：本技术利用两个级联的相位敏感四波混频过程产生三光束，只有探测光贯穿了整个系统，若以探测光为例分析，在该系统两个铷池相互作用的相位处于0、2π时，整个系统干涉相长，可以放大光束强度与光束信噪比，获得约45倍注入光强度与约2.8倍的信噪比光束。本实用使用激光作为光源，且注入的探测光与共轭光强度一致，具有结构简单、易于集成与操控等优点。附图说明图1是本技术系统的光路图。图2是本系统的探测光的有效增益示意图。图3是本系统的噪声图倒数示意图。具体实施方式结合以下具体实施例和附图，对本技术作进一步的详细说明。实施本技术的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本技术没有特别限制内容。图1显示的是本技术基于铷池级联四波混频提高光束强度与信噪比的系统的光路图。本系统包括：第一铷池1、第二铷池2、第一分束器31、第二分束器32、第三分束器33、第四分束器34、探测光发生器4、第一共轭光发生器5、第一泵浦光发生器6、第二共轭光发生器7和第二泵浦光发生器8。其中，探测光发生器4发射的探测光和第一共轭光注入第一铷池1并在其中和第一泵浦光以较小的夹角(该夹角以能够实现四波混频为宜，本实施例以7mrad夹角为例)度交叉汇聚到一起。接着，再将探测光注入第二铷池2，并且另外注入第二泵浦光和第二共轭光，最后输出探测光和第二共轭光。注入第二铷池2的探测光及注入第一铷池1的探测光，均和第一共轭 光强度相同。第一铷池1、第二铷池2前后都加了第一分束器31、第二分束器32、第三分束器33、第四分束器34，以改变第一泵浦光和第二泵浦光的方向。由于探测光贯穿了整个系统的光路结构，因此以下具体分析探测光的强度及信噪比变化。注入第二铷池2的探测光及注入第一铷池1的探测光，均和第一共轭光强度相同。第一铷池1和第二铷池2的强度增益均为3，来得到如图2和图3显示的探测光的有效增益和噪声图随着两个铷池中相互作用相位的变化。其中，图2是系统中探测光的有效增益，也就是输出探测光强度比上输入探测光强度。图3是系统中探测光的噪声图倒数，也就是输出探测光信噪比比上输入探测光信噪比。是指第一个铷池相互作用的相位，是指第二个铷池相互作用的相位。其中，有效增益是随着两个铷池相互作用相位的变化而变化。在两铷池相位接近0、2π时，有效增益最大，输出探测光强度约为输入探测光强度的45倍。以上强度增益、相位均以能够实现本四波混频为宜，本技术的技术方案包括但不仅限于上述强度增益和相位的具体数值。根据四波混频原理及上述实验条件，经过第一铷池1和第二铷池2后探针光功率将被放大45倍，同时新产生一束共轭光，探针光与共轭光对称分布于泵浦光的两侧，满足相位匹配条件，使用分束器消去大部分泵浦光。本技术的保护内容不局限于以上实施例。在不背离技术构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本技术中，并且以所附的权利要求书为保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于铷池级联四波混频提高光束强度与信噪比的系统，其特征在于，包括：第一铷池(1)、第二铷池(2)、第一分束器(31)、第二分束器(32)、第三分束器(33)、第四分束器(34)、探测光发生器(4)、第一共轭光发生器(5)、第一泵浦光发生器(6)、第二共轭光发生器(7)和第二泵浦光发生器(8)；所述探测光发生器(4)发射的探测光依次经过所述第一分束器(31)、第一铷池(1)、第二分束器(32)、第三分束器(33)、第二铷池(2)和第四分束器(34)；所述第一共轭光发生器(5)发射的第一共轭光依次经过所述第一分束器(31)、第一铷池(1)、第二分束器(32)，与所述探测光在所述第一铷池(1)内汇聚；所述第一泵浦光发生器(6)发射的第一泵浦光经过所述第一分束器(31)反射入所述第一铷池(1)，与所述探测光及所述第一共轭光在所述第一铷池(1)内汇聚后，经所述第二分束器(32)反射；所述第二共轭光发生器(7)发射的第二共轭光依次经过所述第三分束器(33)、第二铷池(2)、第四分束器(34)，与所述探测光在所述第二铷池(2)内汇聚；所述第二泵浦光发生器(8)发射的第二泵浦光经过所述第三分束器(33)反射入所述第二铷池(2)，与所述探测光及所述第二共轭光在所述第二铷池(2)内汇聚后，经所述第四分束器(34)反射。...

【技术特征摘要】
1.一种基于铷池级联四波混频提高光束强度与信噪比的系统，其特征在于，包括：第一铷池(1)、第二铷池(2)、第一分束器(31)、第二分束器(32)、第三分束器(33)、第四分束器(34)、探测光发生器(4)、第一共轭光发生器(5)、第一泵浦光发生器(6)、第二共轭光发生器(7)和第二泵浦光发生器(8)；所述探测光发生器(4)发射的探测光依次经过所述第一分束器(31)、第一铷池(1)、第二分束器(32)、第三分束器(33)、第二铷池(2)和第四分束器(34)；所述第一共轭光发生器(5)发射的第一共轭光依次经过所述第一分束器(31)、第一铷池(1)、第二分束器(32)，与所述探测光在所述第一铷池(1)内汇聚；所述第一泵浦光发生器(6)发射的第一泵浦光经过所述第一分束器(31)反射入所述第一铷池(1)，与所述探测光及所述第一共轭光在所述第一铷池(1)内汇聚后，经所述第二分束器(32)反射；所述第二共轭光发生器(7)发射的第二共轭光依次经过所述第三分束器(33)、第二铷池(2)、第四分束器(34)，与所述探测光在所述第二铷池(2)内汇聚；所述第二泵浦光发生器(8)发射的第二泵浦光经过所述第三分束器(33...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆杰泰，王丽，杜金鉴，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：新型
国别省市：上海;31