主编推荐 |声光调制的干涉增强效应，助力光学量子信息技术

Chinese Optics Letters 2023年第2期Editors’ Pick:

Wenqi Li, Qiqi Deng, Xueshi Guo, Xiaoying Li. Acousto-optic modulator-based bi-frequency interferometer for quantum technology[J]. Chinese Optics Letters, 2024, 22(2): 022703

声光调制器件利用声光布拉格衍射效应，可动态的实现光束传播方向的偏转与光场频率的调节，并被广泛应用于光学与激光技术中。在量子光学与量子信息技术相关的实验中，声光调制器件应用广泛，具体包括量子存储的探针光控制、单光子拍频的观测、压缩真空态锁相参考信号的产生、基于减光子的非高斯态产生等方面。

对于商售声光调制器件，其衍射效率、光学（透过与收集）效率、与驱动频率（带宽）这三个参数往往因入射光束尺寸、射频驱动功率与热效应等因素而形成相互制约的关系。但在量子相关技术中，任何形式的损耗最终均会表现为量子态纯度的下降以及系统性能的降低。

为解决上述问题，天津大学李小英教授团队设计并实现了基于两个声光调制器（AOM）的、位相主动控制双频干涉仪（如图1所示），利用“声光衍射干涉增强效应”，该系统在单个AOM的效率为50%时实现了接近理想的量子效率。并进一步提出和验证了该干涉仪在光量子信息技术领域的具体应用方案。相关成果发表在Chinese Optics Letters 2024年第22卷第2期。

在该研究工作中，干涉仪中的两个声光调制器分别与实现光场的相干分束与合束。干涉装置的光学总体效率高达95%±1%、拍频干涉对比度高达99.5%±0.2%。该干涉仪的位相锁定由主动反馈系统实现，并可稳定地在在斩波锁相模式下实现任意位相的锁定。论文创新性地提出了一种光学位相调制参考信号的引入方法，在作为分束器的声光调制器的射频驱动信号加载位相调制，从而避免了额外引入位相调制器件而带来的系统复杂性和损耗。在此基础上，论文进一步讨论并初步测试了这种双频干涉仪在量子光学实验技术上的应用，包括双频相干合成、量子态光学频率变换、以及高效快速的量子光开关等方面。

图1 基于声光调制器的、位相锁定的双频干涉仪结构、及其作为量子态频率转换的应用

研究团队表示：“用在多种量子光学实验以及光量子信息技术方案中，其接近完美的干涉可见度表明基于该装置的量子效率仅受限于光学器件本身的透射率。鉴于超低损耗光学镀膜技术的日益成熟，我们有理由预期该装置的效率可达98%以上。目前，基于该干涉仪装置的后续工作已取得了初步成果：基于声光调制的干涉增强效应演示了连续变量量子态的光学频率变换[arXiv:2401.05619 (2024)]。”