超短脉冲光参量振荡器中TEM_(01)模经典增益的实现

用中心波长为850nm,重复频率为76MHz,脉宽为130fs的飞秒脉冲光产生二次谐波,泵浦TEM01模的同步光学参量振荡器,实验上获得了TEM01模大约4倍的经典增益,并给出了理论分析。这是产生高阶模飞秒脉冲光非经典频率梳的重要步骤,理论预计该增益下可以得到-2.20dB的TEM01模脉冲压缩光。     

飞秒脉冲同步泵浦光学参量振荡器中的像散补偿

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。     

实验制备纯的双模压缩态

从一个压缩真空态中减去一个光子是制备光学薛定谔猫态的一种有效方法。研究表明,通过这种方法制备的薛定谔猫态的保真度依赖于压缩态光场的纯度。利用一个抽运光部分共振的非简并光学参量放大器实验制备了纯度为0.993的双模压缩态。由于热效应的存在,非简并光学参量放大器在较宽的抽运功率范围内能够获得纯度较高的双模压缩态。     

由NOPA产生高质量明亮压缩光及明亮EPR光束

通过非简并光学参量放大器获得了明亮双模正交压缩光及明亮EPR光束.实验测得明亮耦合模的正交振幅压缩为57±02dB;信号模与闲置模的正交振幅和(正交位相差)的起伏低于散粒噪声极限54±02dB(54±02dB),EPR关联的乘积为0332±0003. 关键词： 明亮双模正交压缩光 明亮EPR光束 非简并光学参量放大器     

基于参量放大器的铯原子D_2线明亮偏振压缩光源的产生

原子线共振波段量子光源的制备在精密测量以及研究非经典光与物质的相互作用方面具有重要意义.本文报道了在实验上首次利用低于阈值的环形光学参量放大器产生铯原子D_2线的明亮偏振压缩光.实验上利用参量放大过程产生了波长852 nm附近三个斯托克斯参量■的偏振压缩光源,在频率为2-10 MHz范围内,实测最大压缩达4.3 dB,考虑探测及传输等因素,参量放大器出射的压缩为5.2 dB(即标准量子噪声基准的30.2%).该原子线共振的量子光源在量子存储、光与原子相互作用和超越标准量子极限的精密测量等领域具有重要的应用价值.     

参量放大器腔中光力诱导透明与本征模劈裂性质

研究了在含有光学参量放大器的光力学腔中关于弱探测光的光力诱导透明与本征模劈裂的性质.研究发现,光学参量放大器的驱动场相位和非线性增益值的大小对光力诱导透明窗口宽度和本征模劈裂性质有非常重要的影响,特别是当控制光频率工作在光力学红边带下,通过适当调制相位和非线性增益可以实现比空腔时(没有光学参量放大器时)还狭窄的光力诱导透明窗口,此时伴随着陡峭的色散曲线.这些研究结果有利于在光力耦合系统中实现快慢光、光存储等量子信息处理过程.     

飞秒脉冲正交位相压缩光的产生

利用锁模飞秒脉冲激光二次谐波为抽运源, 同步抽运单共振光学参量振荡器, 抽运光中心波长为425 nm, 重复率为76 MHz, 脉宽180 fs, 光学振荡器下转换晶体采用Ⅰ类共线PPKTP, 实验上实现了压缩度为2.58 dB的正交位相压缩光.考虑到实验系统的效率, 可以推知光学参量振荡器输出的下转换光压缩度为 4.48 dB. 关键词： 同步抽运光学参量振荡器 压缩光 锁模飞秒脉冲     

三共振准相位匹配光学参量振荡器反射抽运场的正交位相压缩

利用全固化单频Nd∶YVO₄激光器抽运由periodically poled lithium niobate(PPLN)准相位匹配晶体组成的光学参量振荡器,通过调节晶体的温度,在信号模与闲置模近简并的情况下,完成了抽运场与两个亚谐波模在腔内同时共振,实现了光学参量振荡器的极低阈值运转(阈值为1.2mW);当抽运功率为阈值抽运功率的2.8倍时,观察到反射抽运光的正交位相压缩,压缩度达1.1dB.数值计算与实验结果一致     

非线性光学腔中的相位调制光机械动力学

研究了Fabry-Perot光学腔中包含一个光学参量放大器来增强腔场与机械振子之间的耦合的光机械动力学行为.在解析边带机制下用量子郞之万方程具体研究了振子的涨落光谱、光学多稳态行为、机械阻尼与修正共振频移和基态冷却.通过数值解讨论了辐射压力诱导机械振子和腔场的稳态振幅所展现的光学多稳态行为,同时也分析了辐射压力引起的修正共振频移和机械阻尼与参量增益、输入激光功率和参量相位这三个因素的关系.此外,随着调节泵浦场的参量相位,振子的涨落光谱呈现简正模式分裂.通过精确求解最终有效声子数论证了基态冷却.结果表明,机械振子的冷却由初始浴温度、机械品质因数和参量相位这个三个因素控制.参量相提供一个新的方法来操控非线性光机械动力学.     

1064 nm高功率明亮压缩态光场实验制备中的热透镜效应

本文通过理论和实验分析了1064 nm高功率明亮压缩态光场实验制备过程中,高功率种子光和泵浦光注入光学参量放大器引起的热透镜效应和模式失配。首先根据热透镜理论模型,定量分析了高功率种子光和泵浦光注入光学参量放大器时,周期极化磷酸氧钛钾晶体内部热透镜的等效焦距。然后根据高斯光束与光学谐振腔的模式匹配理论模型,理论分析了高功率种子光和泵浦光与光学参量放大器的模式失配量。最后在高功率明亮压缩态光场正常输出的工作状态下,重新优化种子光和泵浦光与光学参量放大器的模式匹配效率,在种子光功率为500 mW、泵浦光功率为145 mW的条件下,在分析频率3 MHz处,直接测得光功率为200μW、压缩度为-10.8 dB±0.2 dB的明亮压缩态光场。上述实验结果与有关文献测得的压缩度仅相差0.1 dB,表明在本文实验系统中,高功率种子光和泵浦光引起的热透镜效应对光学参量放大器输出明亮压缩态光场的压缩度基本没有影响。     

三模共振光学参量振荡腔抽运场的压缩

利用半经典理论分析了由于级联非线性过程,三模共振光学振荡腔反射场的相位压缩,讨论了压缩与各参量的关系,并与结果比较,理论与实验基本吻合。     

非线性光学腔中的相位调制光机械动力学

研究了Fabry-Perot光学腔中包含一个光学参量放大器来增强腔场与机械振子之间的耦合的光机械动力学行为.在解析边带机制下用量子郎之万方程具体研究了振子的涨落光谱、光学多稳态行为、机械阻尼与修正共振频移和基态冷却,通过数值解讨论了辐射压力诱导机械振子和腔场的稳态振幅所展现的光学多稳态行为,同时也分析了辐射压力引起的修...     

两腔级联纠缠增强的理论分析

高纠缠度的纠缠源是实现高保真度量子信息传输与处理的保障,因为受到光学元器件自身性能不完美的限制,通过有效的操控手段来提高光场的纠缠度是十分必要的.连续变量Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场可以利用工作在阈值以下的非简并光学参量放大器来获得.将两个非简并光学参量放大器级联,可以利用第二个光学腔来操控第一个光学腔输出的纠缠态光场,在一定条件下实现光场的纠缠增强.本文通过理论分析设计出两种光学腔级联的实验系统,其中,纠缠产生装置采用具有三共振结构的半整块驻波腔,输出到目前为止世界上单腔获得两组份纠缠态光场纠缠度的最高值,操控光学腔采用驻波腔或四镜环形腔的结构.详细对比分析了不同结构的操控腔对纠缠增强效果的影响,得出利用不同腔形作为操控腔的最佳实验方案.同时分析了级联腔输出光场的纠缠度随不同物理参量的变化关系,得出进一步优化的最佳实验系统参量,为实验获得更高纠缠度的纠缠态光场提供了依据.     

相干反馈相位对腔光力系统中正交模劈裂的影响

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。     

用于产生亚12fs脉冲的脉冲波前匹配的超宽带光学参量啁啾脉冲放大器

研究和建议了一种用于产生亚12fs脉冲的基于脉冲波前匹配的LBO超宽带光学参量啁啾脉冲放大器。实验结果表明LBO超宽带光学参量啁啾脉冲放大器可以输出大于60nm(FWHM)的增益光谱带宽，为了利用这种放大器产生转换限制的脉冲输出，给出了一种将超宽带光学参量啁啾脉冲放大器与脉冲波前匹配相结合的方法，这种方法等价于信号光脉冲波前无斜置的放大，克服了超宽带参量啁啾脉冲放大器中由于信号光的脉冲波前斜置而导致很难获得最短压缩脉冲输出的缺陷，从而允许产生转换限制的亚12fs脉冲。     

非简并光学参量放大器线宽对纠缠增强的影响

非简并光学参量放大器可以有效地增强其注入纠缠态光场的纠缠度。但是由于光学参量放大器具有一定的线宽,所以不可能实现整个频率范围内的纠缠增强。为此,在本文中我们分析了光学参量放大器线宽对纠缠增强效率的影响,为今后开展宽频纠缠增强提供参考。     

基于光学参量振荡器的可调谐红外激光的强度噪声特性

红外激光光源在微量气体、高分辨率光谱分析和量子光学研究等领域具有重要的应用.本文利用锁定单共振光学参量振荡器内腔标准具的方案获得了无跳模连续调谐的红外激光输出,理论和实验研究了红外激光的强度噪声特性,分析了影响强度噪声的因素.通过控制非线性晶体的温度和标准具调制信号实现了对红外激光强度噪声的抑制.当控制非线性晶体工作温度为60℃,内腔标准具调制信号为8 kHz时,单共振光学参量振荡器输出信号光和闲置光的强度噪声分别降低了11和8 dB.     

X波段高重频长脉冲高功率多注相对论速调管放大器的设计与实验研究

多注相对论速调管放大器向工程化和实用化方向发展,需要进一步提高其工作重频和使用寿命.针对高功率多注相对论速调管放大器在输出腔间隙电子束换能后,会出现电子返流轰击输出腔表面,以及输出腔间隙电场过高产生射频击穿导致输出腔表面出现烧蚀的问题,本文分析了强流相对论电子束在器件中的返流过程,在此基础上设计了四间隙扩展互作用提取结构以避免电子返流和降低间隙电场,并提高器件工作寿命.同时针对高工作频段高过模器件中常规水冷却通道会影响输出微波模式的问题,设计了同轴TEM模-扇形TE₁₀模-同轴TEM模-圆波导TM₀₁模的模式变换结构,模式转换效率大于99.9%,避免了收集极水冷却通道对输出微波模式的影响,以提高器件工作重频.在重频45 Hz工作条件下,实验实现X波段长脉冲GW级高功率微波稳定输出,器件累计运行约10000次,输出微波参数无明显下降.     

连续变量四组份纠缠态光场的产生

以一对工作在参量反放大状态的非简并光学参量放大器同时产生的两个正交振幅压缩相干态与两个正交位相压缩真空态光场为基础，经过不同位相关系的线性光学变换，可获得四组份纠缠态光场。我们将介绍实验原理和初步试验结果。     

具有腔内光放大的单共振光参量振荡器

推导了描述稳态运行，具有腔内光放大的环形腔单共振光参量振荡器(ICOASRO)的功率特性的高斯光束理论.在这种结构的单共振光参量振荡器(SRO)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参量振荡器的抽运阈值.在平均场近似下无二阶非线性交叉耦合作用的具有腔内光放大的环形腔单共振光参量振荡器的工作范围分成四个工作区域，且存在最小的单共振光参量振荡器的抽运阈值.文中的分析考虑了作为光放大器的激光增益介质的端面抽运特性，考虑了一般化单共振光参量振荡器的特性. 关键词： 单共振光参量振荡器 光放大 阈值