低噪声的全固态单频Nd:YVO4激光器在量子精密测量和引力波探测中有重要的应用。激光器的弛豫振荡是影响激光器噪声水平的主要因素, 优化激光器的泵浦、输出耦合透射率和内腔损耗等参数, 只能微小改善激光器的强度噪声, 调整或改变激光器的弛豫振荡状态才是有效降噪方式。光电负反馈技术, 通过对噪声传递函数的增益和相位的改变有效抑制了弛豫振荡; 注入锁定技术, 通过低噪声注入场的影响来改变弛豫振荡状态, 从而有效抑制弛豫振荡噪声。利用光电负反馈和注入锁定两种技术相结合, 在反馈光束分束ε=10%、反馈回路直流增益g=15textdB、相位超前φ=60°、注入锁定功率放大因子H=20时, 可使声频区的激光器强度噪声降低5dB、弛豫振荡峰值噪声降低39dB。

激光干涉引力波探测器是一台腔增强的迈克尔逊干涉仪。它的五个长度自由度的控制系统是其中很重要的一部分。对自由度之间的锁定矩阵及耦合特性的分析有助于控制系统的改进。本文实验上测量了功率循环迈克尔逊干涉仪的信号响应的增强因子以及锁定矩阵。信号响应增强了15 dB, 与预期符合较好。锁定矩阵中共模自由度对差模误差信号影响不大, 但是差模自由度对共模误差信号影响较大, 可能是因为只反馈到了其中一臂导致的, 这将在下一步的实验中改进。

平衡零拍探测器是量子光学和量子信息科学实验中的关键器件之一。本文针对典型的基于跨阻运算放大器的平衡零拍探测器, 理论上详细分析了探测器的电子学噪声、散粒噪声和信噪比等输出特性; 从理论分析、软件仿真和实验研究三方面分别获得了平衡零拍探测器的电子学噪声和散粒噪声功率谱, 谱线线型互相吻合; 实验研制的平衡零拍探测器, 在分析频率2 MHz处的信噪比达到了22 dB, 相应于电子学噪声引入的测量损耗约为0.6%, 满足测量压缩态光场等量子光学实验的需求。

基于空间模式的干涉,tilt-locking技术为稳定激光频率或锁定光学谐振腔提供了一种灵活便捷的方法。在本文中,对tilt-locking技术进行了修改并进行了实验演示。该方法使用非谐振的一阶空间模式TEM01模作为相位参考,并利用TEM01模式和TEM00模式的干涉进行光学腔的锁定。在光学腔的反射光路中添加障碍物以阻挡反射光束的一半。反射光束的通过的一半由单像素光电探测器而不是分离探测器来检测,以导出用于将光学腔的TEM00模式谐振频率锁定到激光频率的误差信号。利用此方法可以将光学腔稳定锁定4 h。

激光稳频技术广泛应用在量子光学和量子通讯的实验系统中, 用于提高激光频率的稳定度或改善光学谐振腔的输出稳定性等。本文综述了基于光学谐振腔共振频率的稳频技术如PDH(Pound-Drever-Hall)稳频技术、Lock-in鉴相稳频技术、Tilt-locking稳频技术的研究进展, 并在这些稳频技术的基础上, 阐述了新型改进和发展的自动激光稳频技术。

EPR(Einstein-Podolsky-Rosen)导引展现出一种不同于量子纠缠态与Bell非局域性的量子非局域性,其中单向EPR导引在量子秘密共享中尤为重要。提出了一种通过在EPR纠缠态的一方增加噪声来改变EPR导引特性的方案,在引入噪声之后,分析了导引参数与可变分束器的反射率之间的关系,并研究了EPR导引的方向由双向到单向的改变过程。该研究对非对称的量子非局域性操控以及量子信息传递过程中的量子控制具有重要意义。

提出并从实验上实现了利用光学腔产生单环状拉盖尔-高斯模的方法。给出了方案的理论描述及实验操作技巧。通过与平面波的干涉条纹验证了螺旋状的波前相位分布。

报道了通过自发参量下转换产生单光子态的实验研究,使用中心波长425 nm的飞秒脉冲泵浦Ⅰ类非共线相位匹配的BBO晶体,在实验上得到单光子计数率为2.978×10-4,并分析了实验中的相关问题.

光纤耦合激光二极管(LD)抽运Nd:YVO4激光晶体,采用KTP晶体腔内倍频,在输入抽运功率为11 W时,获得1.5 W稳定单频绿光输出,光-光转换效率13.6%.通过边带锁频系统将基频激光频率锁定在F-P共焦参考腔的中心频率上,输出的倍频光频率稳定性优于620 kHz,功率稳定性优于±1.5%.