高压缩度压缩态光场制备中的模式匹配研究

压缩态光场是将某个正交分量的量子噪声压缩到经典散粒噪声极限以下的一种非经典光场,由于其具有突破量子噪声限制的特点,被应用于提高精密光学测量、微弱引力波信号探测的灵敏度。因此,研究一种连续稳定运转的高压缩度非经典光源已成为当今科学研究的热点。

在高压缩度压缩态光场装置中,存在多处模式匹配的环节,为了能够精确、高效地实现高的模式匹配效率,很有必要分析影响模式匹配效率的因素。

山西大学王雅君教授课题组首次分析了注入光参数对压缩光场制备中的模式匹配效率的影响,从而为高效、快速完成压缩光源的模式匹配调试工作提供保证,对高压缩度压缩态光场的产生以及各种干涉仪的应用研究均具有重要的价值。具体研究成果发表在中国激光第十一期

该研究通过引入入射光腰斑位置与腔腰斑位置的偏离度a以及入射光腰斑大小与腔腰斑大小的偏离度b,分析了激光器输出的基频光椭圆率、腰斑大小与位置偏移对光学谐振腔基模模式匹配效率的影响。结果表明,对于对称结构的小腰斑腔型,例如SHG、OPA,注入光腰斑位置的偏离度对模式匹配效率的影响大于腰斑大小偏移度的影响;当谐振腔腰斑较大时,例如MC,则腰斑大小的偏移度对模式匹配效率的影响大于腰斑位置偏移度的影响。实验与理论分析结果均表明,通过设计非对称结构的OPA来扩大光学参量腔腰斑位置的控制范围,更容易实现高的模式匹配效率。

如图1所示,实验中采用自制的单频1064nm红外激光器,通过上述措施提高模式匹配效率、降低系统损耗和位相抖动,在国际上首次实现了12.6 dB的明亮压缩态光场的制备如图2所示。

 
                    图1 压缩光源实物图                                                 图2 实验效果图

研究人员表示后续将进一步通过降低光学参量腔内腔损耗、提高逃逸效率、减小传输损耗和提高探测器量子效率等办法减小压缩产生与探测中的损耗,减小相位调制器引入的剩余振幅调制,提高腔长与位相锁定的稳定性等措施改善了整套压缩光系统的位相抖动,从而完成了高压缩度非经典光场的制备。

论文信息:张文慧,杨文海,史少平,郑耀辉,王雅. 高压缩度压缩态光场制备中的模式匹配研究[J].中国激光,2017,44(11):1112001.

作者课题组照片:

前排:左张文慧(第一作者),右王雅君副教授(通信作者);

后排:左杨文海博士,中郑耀辉教授(课题组组长),右史少平硕士。