频率可调非经典光场的产生及其在调频光谱中的应用

一、频率可调谐的非经典光场的产生及其在FM光谱中的应用（论文文献综述）

杨荣国^[1]（2011）在《多色多组份纠缠及高阶横模纠缠态的研究》文中研究表明量子光学（quantum optics）是以量子力学的方法研究光的产生、传输、检测及光与物质相互作用的学科。量子光学的理论研究已经历了一个多世纪,早在1900年普朗克提出了辐射场的量子论,成功地解释了黑体辐射问题,1905年,爱因斯坦把量子论贯穿整个辐射和吸收过程,提出的光量子理论,圆满解释了光电效应,并为后来的康普顿实验所证实；解释了普朗克黑体辐射公式,提出了光与原子相互作用时发生的三种物理过程,自发辐射,受激辐射,受激吸收。这些研究为二十世纪六十年代激光的产生奠定了基础。激光器能提供与普通热光场有着本质区别相干态光场为量子光学实验的发展开辟了新的道路。到今天,量子光学的理论和实验研究分别获得了惊人的成绩和长足的发展,尤其是在非经典光场的产生和应用方面,是量子信息科学与技术的重要基础与支撑。一般来说,非经典光场拥有经典光场所没有的量子特性,例如表现在噪声和统计学性质等方面。例如压缩态、纠缠态光场。压缩纠缠态光场的噪声能突破经典光所能达到的极限、拥有热光场所没有的量子关联,可广泛应用于引力波探测,量子保密通讯等许多方面,是量子光学量子信息领域最重要、最基本的量子资源,也是量子光学领域热门的研究方向之一。近些年随着量子光学与量子信息的发展,空间量子光学与量子信息也取得了一系列重要进展。空间压缩纠缠态光场能提供空间上的量子关联特性,不同于一般的基于TEM00模的纠缠态光场,仅仅是时间尺度上的量子纠缠。因此空间压缩纠缠态光场在空间信息传输、超高精细度的测量、量子成像及图像传输、量子全息术、无噪声图像放大等方面有重要的应用前景。目前,压缩纠缠态光场也是量子光学领域热门的研究方向之一。本文主要理论上研究了利用双端腔倍频产生双色三组分纠缠态光场；理论上设计构造了周期极化晶体PPKTP产生铯原子吸收线和通讯波段的两组份纠缠光；利用同时性准相位匹配技术理论上实现含铷原子吸收线的三色纠缠；实验上使用简并的光学参量放大器产生TEM00模和TEM01模压缩态光场以及TEM01模纠缠态光场。主要内容分为以下五个部分：1)简要地从量子力学和量子光学的联系及各自的发展做了回顾。介绍了两类非经典光场,基于TEM00模的压缩态和纠缠态光场和基于高阶横模的空间压缩态和空间纠缠态光场,并介绍了上述光场的量子特性及应用。2)对二阶非线性材料的双折射相位匹配和准相位匹配做了简要介绍,研究计算了实验中所用的532-1064nmPPKTP晶体准相位匹配的周期结构及F转换波长与匹配温度的关系；理论上从量子郎之万方程出发计算了通过简并的光学参量放大器产生的压缩态光场的经典和量子噪声特性,简要介绍了利用分束器耦合两束正交振幅压缩态光场产生纠缠态光场的方案。3)理论上研究了利用双端腔倍频产生双色三组分纠缠态光场,给出了从腔的两个输出耦合镜产生的两束倍频光的量子纠缠特性以及两束倍频场和反射基频场的三组分纠缠,分别使用van Loock和Furusawa提出的连续变量三组分纠缠的不可分性充分判据和部分转置矩阵的最小本征值判据分析了三个光场的纠缠特性。4)理论设计和构造了单周期极化晶体PPKTP。550nm泵浦内置PPKTP的光学参量振荡器产生852.37nm和1550.42nm的双色纠缠光,纠缠光的波长分别对应铯原子吸收线和通讯波长；理论研究了利用两个光学参量过程在同一周期中同时性准相位匹配技术构造周期极化晶体产生铷原子吸收线的多色三组份纠缠。介绍了在同-个周期内如何实现两个不同的光学参量过程同时满足准相位匹配。5)从理论和实验上简要介绍了高阶厄米高斯横模的产生机理及实验上一般采用的产生方法。实验上利用光学参量放大器产生压缩度为2.8 dB的TEMoo模和2.2dB的TEM01模的压缩态光场,实验上利用两束TEMo1模的压缩态光场通过分束器耦合产生TEM01模的纠缠光场,测得正交振幅之和噪声低于散粒噪声基准1.5dB,正交位相之差低于散粒噪声基准1.2dB。攻读博士期间所做的工作中,具有创新点的有以下几部分：1.理论上提出通过双端腔倍频产生双色三组分纠缠,并用部分转置矩阵本征值方法对其进行判定。2.理论上首次提出利用同时性准相位匹配周期极化晶体产生原子吸收线的三色纠缠方案。3.实验上利用简并的光学参量放大器（DOPA）制备TEM01模压缩态光场并对其Wigner函数进行了重构。4.实验上制备了TEM01模的纠缠态光场。

商娅娜^[2]（2010）在《连续变量纠缠增强与操控及可调谐纠缠态光场产生的实验与理论研究》文中指出具有正交振幅和正交位相分量量子关联的纠缠态光场已经被广泛应用于量子离物传态,量子密集编码,量子纠缠交换等连续变量量子信息中。为了实现高质量的信息传递和远距离的量子通信,必须首先获得具有高关联度的纠缠态光场,同时也希望能按不同的应用要求操控光场的纠缠特性。但是受到晶体,内腔损耗等实验因素的制约,仅仅利用一个光学参量放大器所产生的纠缠态光场难以满足实际需求,这就迫使我们开展纠缠态光场的纠缠增强与纠缠操控方面的研究。另一方面为了实现多节点的量子信息网络,需要完成纠缠态光场与原子的相互作用,这样就必须将纠缠光束调谐到与原子跃迁能级共振。于是,实现频率可调谐的纠缠态光场应是当务之急。在光学参量过程中,注入光的噪声对于输出的纠缠态光场有很大影响,所以在实验过程中,应该尽量注入纯的相干态光场以避免对纠缠产生的影响。为此,我们分别研究了连续变量纠缠态光场的纠缠增强与纠缠操控,频率可调谐纠缠态光场的实验制备,并分析了光学参量放大器注入种子光的额外噪声对所产生光场纠缠度的影响。主要内容如下：1.从实验上实现了用一个非简并光学参量放大器对连续变量纠缠态光场的纠缠增强及操控。实验证明运转于反放大状态的光学参量放大器对振幅反关联和位相正关联的纠缠光束的纠缠度有增强作用,我们将纠缠态光场的纠缠度由初始的2.4dB提高至3.0dB；而运转于放大状态的光学参量放大器会使振幅反关联和位相正关联的纠缠光束变为振幅正关联和位相反关联的纠缠光,使其纠缠特性发生变化,实现了纠缠的光学操控。2.分析了运转于阈值以上的光学参量振荡腔产生的孪生光束的纠缠特性,并通过改变腔内非线性晶体的温度,得到了频率可调谐的纠缠态光场,调谐范围为2.25nm,在此范围内强度差与位相和噪声分别低于散粒噪声基准3.2dB,1.5dB。3.从理论和实验两方面研究了注入种子光上的额外经典噪声对光学参量放大器输出光场纠缠度的影响,证明任何额外经典噪声的存在都将降低输出场的量子纠缠度。理论分析与实验结果符合很好。有所创新的工作：A.从实验上证实了通过一个非简并光学参量放大器能够对纠缠态光场进行纠缠增强与操控。B.完成了频率可调谐连续变量纠缠态光场的实验制备。C.通过实验证实了注入种子光额外经典噪声对光学参量放大器输出纠缠光束的量子关联特性的影响。

李淑静^[3]（2008）在《多能级原子系统中量子相干增强的弱光非线性》文中进行了进一步梳理光与原子相互作用中量子相干导致的电磁感应透明（EIT）效应是量子光学中的一个重要研究内容。由于EIT介质具有透射高、色散强、非线性效应大等特性,在光减速、光量子存储、共振非线性增强、非经典光的产生、光与原子纠缠等方面具有重要的应用,所以EIT效应受到了人们的关注并且被广泛深入地研究。本文介绍了EIT效应的基本概念,回顾了EIT研究的发展历史。主要介绍了我们基于EIT进行的研究工作,包括光减速、光存储、光致旋光效应以及多能级原子中的非线性效应。1)研究了EIT介质中的光减速和光存储。在充缓冲气体的铷泡中,使用线宽压窄的激光器,将光脉冲群速度减慢到8000m/s。在光减速的基础上,通过EIT动力学过程,进行了光脉冲的存储与释放,存储时间达到了100μs。在双人型四能级系统中,使用780nm或795nm“读”控制光读出存储在原子中的光脉冲,并用光栅将读出的795nm和780nm信号在空间上分离,实现了存储信息在空间两个不同通道上的可控释放。2)在多能级EIT系统中观察到了线偏振探针光的偏振面旋转。采用右旋圆偏振耦合光与原子作用,产生了对左旋和右旋探针光分量非对称的EIT系统,这种非对称的EIT系统对左旋与右旋探针光分量的折射率不相同,由此导致了光致旋光效应。在实验上观察到了15mW的耦合光就可导致探针光偏振面旋转达45°。提出一种测量偏振面旋转的新方法,消除了吸收对转角测量的影响,大大提高了测量精度。3)采用左旋圆偏振探针光、左旋圆偏振耦合光和右旋圆偏振触发光与87Rb原子的D1线作用,构建了四能级Tripod结构。在该系统中观察到了分别由耦合光和触发光在探针光吸收谱上导致的两个EIT窗口（Two EIT）,研究了由这两个EIT窗口相互作用引起的EIT信号增强现象。实验结果表明,当触发光与耦合光的失谐不同时,在探针光的吸收光谱上观察到了两个EIT窗口,一个由强的耦合光形成,一个由弱的触发光形成。当触发光的失谐与耦合光的失谐接近或相等时,耦合光形成的EIT信号会明显增大。使用半经典理论对EIT信号增强现象进行了数值计算,结果与实验很好的相符。4)在四能级Tripod系统中,研究了基于双EIT（double EIT）窗口的弱光交叉Kerr非线性效应。我们在实验上观察到了耦合光在探针光和触发光的吸收谱上同时导致的EIT窗口（Double EIT）,并利用Mach-Zehnder干涉仪对探针光与触发光之间相互作用导致的交叉Kerr非线性相移进行了测量。实验结果显示,当探针光和触发光的透射都超过60%时,触发光的交叉Kerr非线性系数可达到2×10-5 cm2/W。其中创新性的工作包括:Ⅰ.在双人型四能级系统中,采用795nm或780nm的读控制光,使存储在EIT介质中的信号以两个不同波长的光脉冲释放出来。用光栅将这两个不同波长的释放光脉冲在空间上分离,实现了存储信息在空间两通道上的可控释放。Ⅱ.在非对称EIT系统中观察到了光致旋光效应。该系统中,探针光的两个圆偏振分量都与耦合光形成EIT,所以探针光的圆二向色性较小。在实验中,15mW的耦合光就可使探针光偏振面旋转角达到45°。我们进一步对探针光偏振旋转做了理论分析和数值计算,结果表明主要是探针光左旋和右旋分量EIT数目的不对称导致了旋光效应。Ⅲ.通过选择合适圆偏振的探针光、耦合光和触发光与原子的Zeeman子能级作用,在87Rb的D1线构建了四能级Tripod系统。在该系统中观察到了分别由耦合光和触发光在探针光的吸收谱上导致的两个EIT窗口以及两个EIT窗口相互作用产生的EIT信号增强现象。Ⅳ.在Tripod系统中,观察到了耦合光在探针光和触发光的吸收谱上同时导致的EIT窗口。利用Mach-Zehnder干涉仪对探针光和触发光之间的交叉Kerr非线性相移进行了测量。在弱光情况下观察到了显着的非线性相移,交叉Kerr非线性系数可达到2×10-5 cm2/W。所采用的Mach-Zehnder干涉仪由两个偏振位移器构成,信号光和参考光之间的光程差对镜子的振动不敏感,使交叉Kerr非线性相移能够被精确地测量。

邓诚先^[4]（2005）在《连续波至纳秒脉冲光学参量振荡器的研究》文中进行了进一步梳理光学参量振荡器是产生具有高度相干性的可调谐辐射的器件。随着激光器和二阶非线性晶体的科学和技术的进步,光学参量振荡器的理论和技术也逐渐得到发展。本论文主要从理论和实验上研究了连续波至纳秒脉冲光学参量振荡器的特性。论文中的主要工作如下所述。利用格林函数法和微扰法发展了单通相互作用的光学参量振荡器的阈值和效率的一般化分析理论。泵浦波和非共振的闲置波的电场强度被表示成有效二阶非线性系数的级数形式。文中考虑了基模椭圆高斯光束、光束的衍射效应、任意强度的聚焦、任意焦点位置、相位失配、光束走离、小的线性吸收系数等。结果适合于描述稳态运行、一般化共线相位匹配的光学参量振荡器。推导了内腔连续波单共振光学参量振荡器的光强特性的平面波理论。发展了内腔连续波单共振光学参量振荡器的功率特性的高斯光束理论,该理论更确切地描述了这类光学参量振荡器的特性。将激光谐振腔内的二阶非线性相互作用视为激光器的一种输出损耗,求解描述激光器特性的方程,得到激光器的非线性反射率和内腔连续波单共振光学参量振荡器的信号波和闲置波的光强或功率特性。在平面波理论中,考虑了准三能级、四能级激光增益介质的端面泵浦特性,对于环行腔结构的内腔连续波单共振光学参量振荡器,分析了其在平均场和非平均场近似条件下的特性,而对于驻波腔结构的内腔连续波单共振光学参量振荡器,分析了其在平均场近似条件下的特性。在高斯光束理论中,考虑了四能级激光增益介质的端面泵浦特性,分析了平均场近似条件下驻波腔结构的内腔连续波单共振光学参量振荡器的特性。发展了稳态运行、具有腔内光放大的环形腔单共振光学参量振荡器的功率特性的高斯光束理论。在这种结构的单共振光学参量振荡器中,适当地选择光放大器的参数,可以很大程度地降低单共振光学参量振荡器的泵浦阈值。在平均场近似下,无二阶非线性交叉耦合作用、具有腔内光放大的环形腔单共振光学参量振荡器的工作范围分为四个工作区域,且存在最小的单共振光学参量振荡器的泵浦阈值。分析中考虑了作为光放大器的激光增益介质的端面泵浦特性以及一般化单共振光学参量振荡器的特性。推导了描述以Cr4+:YAG 作为饱和吸收体和激光增益介质、被动Q 开关运行的Nd:YAG 激光器谐振腔内泵浦的Cr4+:YAG 激光器和单共振光学参量振荡器的动力学特性的速率方程。适当条件下作为激光增益介质的Cr4+:YAG 同时具有对二阶非线性作用过程产生的处于Cr4+:YAG 激光增益谱范围内的SRO 信号波的放大作用。分析中

雷宏香^[5]（2003）在《KNbO3晶体外腔谐振倍频的理论与实验研究》文中提出KNbO3晶体具有较大的非线性光学系数(d31=17.9pm/V，d32=20.9pm/V@858nm；d31=15.8pm/V,d32=18.3pm/V@1064nm)，抗光损伤阈值大于350MW/cm2，被广泛用于中低功率激光器近红外光（840nm-1100nm）的二次谐波产生，如二极管激光器、LD泵浦的固体激光器、Ti：Sapphire激光器及连续的Nd：YAG激光器。该晶体采用非临界相位匹配方式，用d32系数倍频波长约为860nm的激光，在室温下即可实现相位匹配条件，因此被广泛用于蓝光激光源的产生。而此蓝光激光源在激光制冷、高密度光储存、数字视频技术、彩色激光显示及激光印刷术、激光医学、材料科学等许多领域都有着重要应用和潜在市场，所以对蓝光激光源的研究也越来越广泛和深入。 在量子光学中，该蓝光作为下转换的泵浦源，可以产生860nm非经典光场，其探测效率可达99.9％，高于目前产生的其他任何波段的非经典光场。同时通过温度调谐，可望产生与铯原子D2线作用的852nm波段的压缩真空态，从而开展非经典光场与冷原子的相互作用等方面的实验研究。 本文主要通过KNbO3晶体外腔谐振倍频技术来产生蓝色激光光源。其主要内容如下： （1）从理论上分析了KNbO3晶体外腔谐振倍频的产生原理。根据对其倍频原理及性能的分析讨论，在用该晶体完成波长从858nm到429nm的二阶非线性转换时，采用非临界相位匹配条件（此时无离散效应，对应的双折射参数B=0，共焦长度为ζ=2.84，最佳相位失配因子为σ=0.574），在相位匹配温度约为23.5℃时，理论上通过计算得到理想情况下非线性转换系数约为1.45％/W（长度为7mm），2.07％/W（长度为10mm）。 （2）根据最佳聚焦条件和腔的稳定性条件（|A+D|＜2）对四镜环型倍频腔进行了设计，并分别从“模式匹配”和“最佳输入耦合镜透射率的选择”两方面着手对腔进行优化，在我们的实验中采用10％的输入耦合镜，获得阻抗匹配效率为99.96％，空间模式匹配效率高于95％以上的模式。 （3）采用钛宝石激光器作泵浦源，泵浦单共振的KNbO3晶体外部环型倍频腔，在室温附近产生了稳定的429nm蓝光激光源。泵浦功率为600mW时，由于两种效应“蓝光导致红外吸收（BLIIRA）”和“热效应（Thermal Effects）”的严重影响，室温下（约21.5℃）获得了39％的倍频转换效率；采用边带锁频技术，565mW的泵浦光获得137mW的蓝光输出，在没有外界强烈的干扰下可以锁定1小时以上而不失锁。 （4）简单介绍了BBO晶体852nm倍频的实验原理。从分析其性能出发通过计算指出，使用BBO晶体获得倍频426nm蓝光（切割角度为27.430，长度为10mm），虽其非线性转换系数小，但由于该晶体的损耗小，在泵浦功率约为600mW时。理论上同样可以得到50％的倍频转换效率。但基于离散角大（约为3.711°）、接受角度又小（约0.35mrad），所以会给倍频过程调节带来了一定的难度。

郜江瑞,王海波,翟泽辉,王少凯,李永明,谢常德,彭堃墀^[6]（2002）在《频率可调谐的非经典光场的产生及其在FM光谱中的应用》文中研究说明

郜江瑞,王海波,翟泽辉,王少凯,李永明,谢常德,彭堃墀^[7]（2002）在《频率可调谐的非经典光场的产生及其在FM光谱中的应用》文中研究指明

王军民,贺凌翔,刘涛,张天才,彭堃墀^[8]（2001）在《可调谐振幅压缩光的产生及其在频率调制光谱中的应用》文中指出通过半导体激光器的注入锁定 ,产生了频率可在铯原子D2 线附近 （85 2 .35 6nm）连续调谐约 1GHz以上、压缩度约为 0 .8dB的振幅压缩光 ;将其应用在铯饱和蒸气样品的频率调制光谱的演示测量中 ,信噪比较散粒噪声极限提高了约 0 .7dB。

二、频率可调谐的非经典光场的产生及其在FM光谱中的应用（论文开题报告）

（1）论文研究背景及目的

此处内容要求：

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例：

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

（2）本文研究方法

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、频率可调谐的非经典光场的产生及其在FM光谱中的应用（论文提纲范文）

（1）多色多组份纠缠及高阶横模纠缠态的研究（论文提纲范文）

（2）连续变量纠缠增强与操控及可调谐纠缠态光场产生的实验与理论研究（论文提纲范文）

（3）多能级原子系统中量子相干增强的弱光非线性（论文提纲范文）

（4）连续波至纳秒脉冲光学参量振荡器的研究（论文提纲范文）

（5）KNbO3晶体外腔谐振倍频的理论与实验研究（论文提纲范文）

（8）可调谐振幅压缩光的产生及其在频率调制光谱中的应用（论文提纲范文）

四、频率可调谐的非经典光场的产生及其在FM光谱中的应用（论文参考文献）

• [1]多色多组份纠缠及高阶横模纠缠态的研究[D]. 杨荣国. 山西大学, 2011(05)
• [2]连续变量纠缠增强与操控及可调谐纠缠态光场产生的实验与理论研究[D]. 商娅娜. 山西大学, 2010(11)
• [3]多能级原子系统中量子相干增强的弱光非线性[D]. 李淑静. 山西大学, 2008(03)
• [4]连续波至纳秒脉冲光学参量振荡器的研究[D]. 邓诚先. 华中科技大学, 2005(05)
• [5]KNbO3晶体外腔谐振倍频的理论与实验研究[D]. 雷宏香. 山西大学, 2003(04)
• [6]频率可调谐的非经典光场的产生及其在FM光谱中的应用[J]. 郜江瑞,王海波,翟泽辉,王少凯,李永明,谢常德,彭堃墀. 量子光学学报, 2002(S1)
• [7]频率可调谐的非经典光场的产生及其在FM光谱中的应用[A]. 郜江瑞,王海波,翟泽辉,王少凯,李永明,谢常德,彭堃墀. 第十届全国量子光学学术报告会论文论文集, 2002
• [8]可调谐振幅压缩光的产生及其在频率调制光谱中的应用[J]. 王军民,贺凌翔,刘涛,张天才,彭堃墀. 光学学报, 2001(05)

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