1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
强耦合是腔光力系统用于产生和观察许多宏观量子现象(如光力压缩态和纠缠态等)的基本条件,系统进入强耦合的明显标志是正交模劈裂。本文理论分析了加入光学参量放大器和相干反馈的光力系统中的正交模劈裂现象,并讨论分析了反馈回路的光学相位对正交模劈裂的影响。在不同参数情况下,如光学参量放大器参量增益、反馈分束器的反射系数和输入光功率等,模式位置和线宽随相移的变化。结果表明: 在其他参数一定时,通过调节反馈相位,初始无模式劈裂的系统随相位变化出现模式劈裂并达到最大的模式间隔,从而从弱耦合进入强耦合状态。而且,多个参数的协同调节,可有效提高模式劈裂的程度。该研究为实验上增强光力耦合强度的实验调节提供了方便,可广泛用于光力系统的弱力灵敏探测以及宏观量子态产生与测量等。
正交模劈裂 光学参量放大 相干反馈 强耦合 normal-mode splitting optical parametric amplifier coherent feedback strong coupling 量子光学学报
2023, 29(2): 020502
山西大学光电研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西 太原 030006
基于飞秒脉冲同步泵浦光学参量振荡器(SPOPO)产生的时域多模非经典光场与空间的厄米高斯多模相结合, 可以产生具有时空多模特性的非经典光场, 将有望进一步扩展量子信道容量并且进行量子测量。为了实现SPOPO中多横模共振所搭建的非平面环形腔, 其在补偿了像散的同时引入了光束的图像旋转。本文就这一问题, 采用了高斯光束反射坐标系的构建方法, 分析了非平面环形腔中坐标旋转的成因。并且进一步使用多光束干涉的方法理论上计算了当光束在谐振腔内一圈旋转3.26°的情况下总旋转角为25.641°。通过实验模拟验证了理论计算的正确性, 并分析了在不同的坐标旋转角以及在不同透射率透射镜的情况下腔镜输出模式的旋转角度, 得出了输出模式旋转角度与二者的关系, 为进一步优化SPOPO系统和研究非平面腔SPOPO中的多模纠缠关系提供了依据。
量子信息 同步泵浦光学参量振荡器 像散 坐标旋转 quantum Information synchronously pumped optical parametric oscillator astigmatism coordinate rotation
1 太原师范学院物理系 山西 晋中 030619
2 山西大学光电研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西 太原 030006
3 山西大学, 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
理论分析了失谐情况下非简并光学参量振荡器的稳态解以及两组份纠缠噪声谱, 包括阈值以下和阈值以上两种条件下泵浦场、信号场和闲置场的失谐。结果表明, 在零频和低频处失谐会降低纠缠, 而高频处失谐可能提高纠缠度。此外, 在泵浦场和信号场反对称失谐(一个红失谐, 另一个蓝失谐)情况下, 在较大失谐范围能保持较高的纠缠度。这些结果为实验上通过调节失谐来控制和提高纠缠提供了依据, 可应用于需要失谐的光机参量相互作用实验和光弹簧灵敏度增强的引力波探测中。
腔失谐 光学参量振荡器 纠缠 噪声谱 detunings optical parametric oscillator entanglement noise spectra
1 山西大学 物理电子工程学院, 山西 太原 030006
2 山西大学光电研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
本文研究了由厄米高斯模TEM00作为信号光场、TEM10模作为本地光组成的小位移产生及平衡零拍探测系统, 实验上开展了基于该系统的声频段(20 Hz～20 kHz)横向小位移的产生和测量, 讨论了系统散粒噪声、指向性噪声和激光强度噪声对最小可测位移量的影响。通过噪声测量实验结果, 当信噪比为3 dB时给出了声频段不同频率处的最小可测位移量, 其中1 kHz处为 3×10－9?m, 10 kHz处为 1.2×10－10?m, 15 kHz处为0.85×10－10?m。本文为小位移测量系统中抑制声频段激光噪声, 减小系统指向性噪声的实验和理论研究奠定了一定的基础。
横向小位移 声频 指向性噪声 强度噪声 transverse small displacement Audio directional noise the intensity of the noise
1 山西大学光电研究所,量子光学与光量子器件国家重点实验室,太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心,太原 030006
本文介绍了一种通过控制入射与出射光场的偏振对空间光调制器相位调制特性进行测量的方法。实验上对日本滨松公司生产的X10468-03型液晶空间光调制器的相位调制特性进行了测量,全程只需两分钟即可完成．并对相位调制校正前后光束整形系统产生的拉盖尔高斯LG33模的强度分布进行对比,经相位调制校正后LG33模的纯度提高了15％。
高阶模压缩光 空间光调制器 光束整形系统 拉盖尔高斯光束 higher-order mode squeezed light spatial light modulator beam shaping system Laguerre-Gauss beam
山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
提出通过单个空间光调制器制备厄米高斯(HG)光束的方法,理论上分析了输入光束空间横向分布与模式转换效率的关系,实验上采用最佳的椭圆形光斑入射,获得了高质量的HG6,0、HG8,0、HG10,0模光场,纯度分别为96.2%,94.9%,93.4%,并且HG10,0模的转换效率达到了14.45%,输出功率为217 mW,其转换效率较传统的基模高斯光束入射时提高了5.6倍。此高质量及高效的高阶厄米高斯光束制备方法,有望应用于高阶空间压缩态光场制备和空间小位移精密测量等方面。
光束传输与控制 厄米高斯光场 空间光调制器 空间压缩态
1 山西大学光电研究所,量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学,极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
本文通过理论计算与数值模拟,提出了不同阶数的高阶模式间相对相位的判定与锁定方法。在像平面对两束光的干涉光斑进行空间取样,计算其干涉光强随相对相位的变化,并在此基础上提出了判定与锁定两束不同阶厄米高斯光束HGmn以及不同阶拉盖尔高斯光束LGpl相对位相的方案,并对厄米高斯光束相位判定与锁定进行了实验验证。
相位锁定 高阶横模 干涉仪 4F成像 phase locking high-order mode interferometer 4F imaging
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西大学光电研究所,山西 太原 030006
2 极端光学协同创新中心,山西大学,山西 太原030006
3 极端光学协同创新中心,山西大学,山西 太原030006:
飞秒脉冲同步泵浦光学参量振荡器(SPOPO)可以产生非经典光学频率梳,在时域多模量子光场基础上,引入光场的空间自由度,可以获得具有时空多模特性的新型压缩态光场。这种多模压缩态可以同时实现波分复用和空分复用,是扩充量子信道容量、实现量子计算的重要工具。由于SPOPO中凹面镜的入射(出射)光线与法线通常具有一定的折叠角,其引入的像散导致某些同阶数高阶模式(例如厄米高斯01和10模)在腔内产生的Gouy相位不同,无法在腔内共振,从而限制了空间多横模压缩态的产生。本文在理论上计算了SPOPO中子午面和弧矢面产生的光束腰斑大小、位置及Gouy相位差,提出了一种补偿像散的方案,实验上实现了SPOPO内的厄米高斯01与10模的同时共振。
像散 同步泵浦光学参量振荡器 多模量子态 Astigmatism Synchronously pumped optical parametric oscillator Multimode quantum state
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices, Institute of Opto-Electronics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
2 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
Nonclassical optical frequency combs play essential roles in quantum computation in the continuous variable regime. In this work, we generate multimode nonclassical frequency comb states using a degenerate type-I synchronously pumped optical parametric oscillator and directly observe the squeezing of the leading five temporal modes of femtosecond pulsed light. The overlapping spectra of these modes mean that the temporal modes are suitable for use in real-world quantum information applications.
270.6570 Squeezed states 190.7110 Ultrafast nonlinear optics Chinese Optics Letters
2017, 15(9): 092703
量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西大学光电研究所,山西 太原 030006
基于飞秒脉冲的同步泵浦参量过程产生的多模时域飞秒压缩光场,由于其独特的优势,特别是可以享有单模光纤网络兼容,是实现可扩展量子计算及大容量量子通讯的良好光源。由于无法实现多模时域飞秒压缩光场的空间分离,目前对于多模时域飞秒压缩光场的测量,采用最为有效的平衡零拍探测。因此如何构造与时域飞秒压缩光场时域函数分布相同的本地光,是其中的关键内容,并直接影响测量效果。本文主要理论研究了本地脉冲光的时域整形方案,分析了系统参数对整形后的多模本地光的保真度以及系统调制效率的影响,并结合实验参数提出可能的解决办法。
飞秒脉冲整形 时域多模压缩光 平衡零拍 Femtosecond pulse shaping Multimode temporal squeezed light field Balanced homodyne detection
