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《上海市激光学会2015年学术年会论文集》2015年
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非线性干涉仪相位锁定的实验实现

王海龙  A.M.Marino  荆杰泰  
【摘要】:基于两个热铷原子池的级联四波混频过程,我们在实验上构造了一个非线性干涉仪。它比线性干涉仪有更大的相位灵敏度并且在量子度量学方面有许多潜在的应用。非线性干涉仪的相位锁定需要在被应用之前实现。在这篇文章中我们采用两种锁定方法去锁定三束不同频率光束之间的相对相位,即拍频锁定和相干调制锁定。我们发现在我们的系统中相干调制锁定有着更好的相位稳定性,这项研究结果为非线性干涉仪在精密测量和量子操控方面的实际应用开辟了道路,例如,相敏N波混频的相位控制,N端口非线性干涉仪的相位控制,量子增强的实时相位追踪。相位锁定技术被广泛应用于许多领域,包括电子学和光学,例如频率调制器,频率合成器等,同时也被干涉仪的实际应用所需要。1986年,Yurke提出了一种SU(1,1)非线性干涉仪,其中四波混频过程作为分束器~([2]),引起了国际广泛关注。2011年我们实验小组实验上实现了这样的非线性干涉仪~([3]),研究了它的非线性特性,干涉对比度依赖和量子特性等。实验装置图是下面的Fig.1。这种干涉仪在不同的相位点有不同的物理,在干涉相消处,我们可以看到4 dB的信噪比的提高,主要来源于噪声的抵消和信号的放大;在干涉相长处,可以看到第一个池子产生的量子关联被第二个池子放大。在下述讨论中,我们主要讨论相干调制锁定的实验实现和结果。这种锁定方法只需要一个锁定回路,它是在干涉仪输出端获取信号用于锁定,因此不会在干涉仪的两臂引入噪声,从而避免了对干涉仪内部关联的破坏。实验锁定的结果显示在Fig.2。实验结果显示在Fig.2,图(b)是我们锁定干涉仪以后的结果,仅仅需要通过改变PID上的P项的正负即可以实现干涉相长处锁定和干涉相消处锁定的切换。我们目前的锁定方法可以应用在比较复杂的体系中来控制多光束之间的相对相位。

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