实验演示了一台小型化的全光纤强度差压缩态光源。该光源采用色散位移光纤作为非线性介质，其脉冲泵浦光的重复频率约为50 MHz，具有结构稳定、体积小的优点。采用宽带宽差分探测器，在较宽的分析频率范围内对该光源的强度差压缩特性进行测量分析。结果表明：室温下该光源的频率小于65 MHz时，测得的强度差噪声低于散粒噪声极限；在频率为20 MHz处测到了约3.8 dB的强度差压缩。本研究为后续在时域上测量强度差压缩奠定了基础。

通过实验和理论研究连续变量高功率明亮压缩态光场制备实验中高功率种子光注入光学参量放大器引起的绿光诱导红外吸收效应。首先，通过优化实验系统工作参数，提升反馈控制回路的锁定稳定性，当种子光功率为500 mW、泵浦光功率为145 mW时，在分析频率为3 MHz处，获得光功率为200 μW、压缩度为（-10.7±0.2）dB的明亮压缩态光场。然后，根据实验数据，定量分析高功率明亮压缩态光场与压缩真空态光场产生过程中周期极化磷酸氧钛钾晶体的吸收损耗，发现高功率明亮压缩态光场实验系统的总光学损耗为（9±0.05）%，其中由周期极化磷酸氧钛钾晶体吸收导致的内腔损耗为（5.8±0.05）%，占总光学损耗的（64.4±0.05）%。该条件下周期极化磷酸氧钛钾晶体对高功率明亮压缩态光场的吸收系数为（6.0±0.05）×10^-2 cm^-1。当泵浦光单独注入光学参量放大器时，周期极化磷酸氧钛钾晶体对压缩真空态光场的吸收系数约为2.1×10^-4 cm^-1。由此可知，当高功率种子光注入光学参量放大器时，绿光诱导红外吸收效应使周期极化磷酸氧钛钾晶体的吸收系数增加了285倍，使内腔损耗成为高功率明亮压缩态光场压缩度的主要影响因素。

连续变量压缩态光场在特定分量能够突破量子噪声极限,在量子信息科学的发展中已经成为不可或缺的量子资源。光电二极管具有一定结电容,结合外围电感可形成电感电容(LC)共振电路,进而可以实现对单一频率范围内信号的共振增强探测,通过选取低噪声运算放大器,高性能镀金电路板材以及优化各种元件在电路板上的布局等措施来提升共振型探测器性能,最终研制了一款品质因子高达2286的高性能共振型探测器。此探测器可为连续变量压缩态以及纠缠态光场的实验制备提供有效资源,进而推动连续变量量子信息科学的发展。

激光干涉仪在引力波发现中起着关键作用, 标准量子极限是干涉仪灵敏度进一步提高的主要障碍, 压缩态光场注入是超越标准量子极限的重要手段。分析了压缩态光场的主要特点, 讨论了压缩态光场的产生机制, 介绍了压缩态光场技术在超越标准量子极限中的应用。

采用自零拍探测法和分析腔转换法,分别对适用于音频段压缩态光场制备的全固态单频激光器和光纤激光器的正交分量噪声进行了对比分析。结果表明,1064 nm全固态单频激光器的正交振幅噪声和正交相位噪声分别在分析频率大于1.5 MHz和5 MHz之后即达到散粒噪声基准,光纤激光器在测量带宽范围内均高于散粒噪声基准。采用半导体放大器(SOA) 降噪系统后,光纤激光器的低频段(<620 kHz)正交振幅噪声小于全固态单频激光器。本研究结果为低频段压缩态光场的研究提供了单频光源选择方案;SOA降噪系统可有效抑制低频段激光的正交分量噪声,为音频段压缩态光场的制备提供了依据。

强度差压缩态光场是指两束光场的强度差起伏低于对应量子噪声极限的非经典光场, 由于其两束子模具有较强的强度关联而被用于量子成像、量子随机数产生技术中, 此外, 又由于其光场强度远高于压缩态光场、纠缠态光场等非经典光场而被广泛用于量子高灵敏测量中。本文利用运转于阈值以上的非简并光学参量振荡器制备了13 μm强度差压缩态光场, 它作为一种双色关联光场可以为制备多色纠缠态光场以及开展量子计算奠定基础。

研究了高压缩度压缩态光场制备中高斯光束的空间模式匹配问题。研究结果表明, 对于较小的目标腰斑, 注入光的腰斑位置和大小的允许偏移范围较小, 且模式匹配效率受腰斑位置偏离度的影响大, 而对于大腰斑, 情况则相反。此外, 激光光斑的椭圆率和像散、非线性晶体的热效应均会导致模式匹配效率下降。非对称结构的腔型可以扩大与光学参量腔匹配的激光束腰斑位置所允许的偏移范围, 更易实现高的模式匹配效率。

光学参量过程是产生压缩光的关键环节，为了提高实验中光学参量振荡腔的稳定性，必须将激光与光学参量振荡腔进行模式匹配，并用锁定技术稳定光学参量振荡腔。理论分析了模式匹配效率对压缩度和偏频锁定技术精度的影响。经过模式匹配之后，在实验上实现了光学参量振荡腔的锁定，并对锁定后的光学参量振荡腔进行了稳定性测量。理论与实验结果表明：模式匹配效果越好，压缩光的压缩度和偏频技术的锁定精度越高；在较好的模式匹配条件下，光学参量振荡腔的腔长锁定精度为7.35 nm，稳定时间可达2 h以上，能够满足对压缩态光场的探测需要。

为了解决机械振动、空气流动等外界因素引起的光学参量振荡腔的不稳定问题, 利用偏频锁定技术稳定光学参量振荡腔.首先从理论上分析偏频锁定点的选取与压缩度的关系, 得出透射峰值一半的位置为最佳锁定点.然后在实验上实现了光学参量振荡腔的锁定, 并对锁定后的光学参量振荡腔进行了稳定性测量.实验结果表明, 光学参量振荡腔的腔长在2 h以内的锁定精度为7.27 nm, 最长稳定时间可达3.8 h, 能够满足对压缩光的探测需要.

将Nd:YVO4-KTP固体激光器输出的532 nm和1064 nm激光分别作为抽运光和种子光注入一个内置周期极化磷酸氧钛晶体的简并光学参量放大器，通过非线性光学参量过程产生明亮的高阶横模TEM01正交振幅压缩态光场，利用平衡零拍探测系统测得其压缩度为2.2 dB，利用数字存储示波器记录经信号处理系统变换的数据，再通过自编的软件利用量子层析测量技术得到了该压缩态光场在相空间的Wigner准概率分布函数，并将其与理论结果作了对比，两者基本一致。