高壓縮度壓縮態光場制備中的模式匹配研究

更新時間：2025-03-20

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　　壓縮態光場是將某個正交分量的量子噪聲壓縮到經典散粒噪聲極限以下的一種非經典光場，由于其具有突破量子噪聲限制的特點，被應用于提高精密光學測量、微弱引力波信號探測的靈敏度。因此，研究一種連續穩定運轉的高壓縮度非經典光源已成為當今科學研究的熱點。

　　在高壓縮度壓縮態光場裝置中，存在多處模式匹配的環節，為了能夠精確、高效地實現高的模式匹配效率，很有必要分析影響模式匹配效率的因素。

　　山西大學王雅君教授課題組第一次分析了注入光參數對壓縮光場制備中的模式匹配效率的影響，從而為高效、快速完成壓縮光源的模式匹配調試工作提供保證，對高壓縮度壓縮態光場的產生以及各種干涉儀的應用研究均具有重要的價值。

　　該研究通過引入入射光腰斑位置與腔腰斑位置的偏離度a以及入射光腰斑大小與腔腰斑大小的偏離度b，分析了激光器輸出的基頻光橢圓率、腰斑大小與位置偏移對光學諧振腔基模模式匹配效率的影響。結果表明，對于對稱結構的小腰斑腔型，例如SHG、OPA，注入光腰斑位置的偏離度對模式匹配效率的影響大于腰斑大小偏移度的影響;當諧振腔腰斑較大時，例如MC，則腰斑大小的偏移度對模式匹配效率的影響大于腰斑位置偏移度的影響。實驗與理論分析結果均表明，通過設計非對稱結構的OPA來擴大光學參量腔腰斑位置的控制范圍，更容易實現高的模式匹配效率。

　　如圖1所示，實驗中采用自制的單頻1064nm紅外激光器，通過上述措施提高模式匹配效率、降低系統損耗和位相抖動，在國際上第一次實現了12.6 dB的明亮壓縮態光場的制備如圖2所示。

　　圖2 實驗效果圖

　　研究人員表示后續將進一步通過降低光學參量腔內腔損耗、提高逃逸效率、減小傳輸損耗和提高探測器量子效率等辦法減小壓縮產生與探測中的損耗，減小相位調制器引入的剩余振幅調制，提高腔長與位相鎖定的穩定性等措施改善了整套壓縮光系統的位相抖動，從而完成了高壓縮度非經典光場的制備。

　　參考文獻：中國光學期刊網

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