實驗名稱：量子噪聲鎖定實驗

測試設備：高壓放大器、示波器、激光器、光電探測器、頻譜分析儀、帶通濾波器、低通濾波器、壓電陶瓷等。

實驗過程：

圖1：量子噪聲饋定真空壓縮光相位裝置圖。利用波長為532nm的綠光泵浦雙波長共振的OPO腔產生波長為1064nm的真空化縮光，平衡零拍方法測量壓縮光噪聲，巧到的真空化縮光噪聲信號通過頻譜儀和鎖相放大器組成的反饋回路實現對平衡零拍相位的鎖定。Laser：全固化單頻倍頻Nd：YV04/KTP激光器，輸出波長為1064nm與532nm，PD1/PD2：光電探測器，SA：型號為頻譜分析儀，BPS：帶通濾波器，ED：包絡探測器，LPF：低通濾皮器，HV：高壓放大器，PZT：壓電陶瓷。

量子噪聲鎖定壓縮光在平衡零拍探測中的相位實驗過程圖如圖1所示。上半部分為光路部分，下半部分為電路部分。首先要制備壓縮光，全固化單頻倍頻Nd：YV04/KTP激光器輸出波長為1064nm紅外與532nm綠光分別作為平衡零拍探測的本底振蕩光和OPO腔的泵浦光，制備真空壓縮光，頻譜分析儀測得的壓縮光噪聲曲線為圖2中的（a）曲線，（b）曲線為散粒噪聲基準。頻譜儀的參數選擇為頻率2MHz，Span為零，探測分辨率帶寬為300kHz，顯示帶寬為30kHz，掃描周期Sweep為533.6ms。從圖中可以看出光場在頻率為2MHz處獲得了約為2dB的壓縮和4.5dB她的反壓縮。

圖2：頻譜儀在2MHz處的壓縮光噪聲圖。（a）線為壓縮光噪聲，（b）線為散粒噪聲基準。在2MHz處獲得了壓縮度為2dB的真空壓縮光。

實驗結果：

圖3：實驗中示波器監測的誤差信號與經頻譜儀解調輸出的噪聲信號，藍色較粗的曲線為噪聲信號，黃色較光滑的為誤差信號，誤差信號在零點處對應的噪聲巧線值為最大值或最小值，即對應的為光場的反壓縮態與壓縮態。與理論值符合較好。

頻譜儀測量到的壓縮光強度噪聲信號在頻譜儀內經解調濾波后輸入到鎖相放大器，如圖1中的SA部分所示，圖3中較粗的藍色曲線就是示波器監視的頻譜儀輸出信號。鎖相放大器輸出的頻率為30kHz的調制信號加載到本底光路中反射鏡上的壓電陶瓷上，相當于給本底光加了一個相位調制信號。這個裝在反射鏡上的壓電陶瓷同樣應用在量子噪聲鎖定的反饋回路中。圖3中的較光滑的黃色曲線就是示波器監視的誤差信號，它可以通過調節鎖相放大器的參數得到優化。最后將誤差輸入到高壓放大器內，再經過高壓放大器的輸出反饋到安裝在鏡架上的PZT實現對壓縮光相位的鎖定。鎖定相位后頻譜儀測得的頻率在2MHz的壓縮光噪聲曲線分別如圖5A和圖5B所示，實驗上觀察到利用量子噪聲鎖定壓縮光相位時，鎖定壓縮的穩定性要高于鎖定反壓縮。

圖4：低頻頻譜儀測量的壓縮光相位鎖定之后的噪聲曲線。曲線（ａ）為散粒噪岸基準，曲線（b）為鎖定的壓縮噪聲曲線。

利用量子噪聲法鎖定平衡零拍探測中的壓縮光相位之后，壓縮光低頻段的噪聲通過低頻頻譜分析儀測量。測得的低頻處的壓縮光噪聲如圖4所示。圖中曲線（ａ）為散粒噪聲基準，曲線（b）為鎖定的壓縮噪聲曲線。可以看出，在利用量子噪聲法鎖定了平衡零拍探測中的壓縮光相位后，在頻率高于3kHz的頻段都可以觀察到壓縮。

圖5：頻譜儀量子噪聲鎖定真空壓縮光效果圖，Ａ、Ｂ中（a）、（b）曲線分別為壓縮光噪聲和散粒噪聲基準，（c）曲線分別為鎖定相位的壓縮和反壓縮噪聲。實驗上鎖定壓縮態相位的穩定性要高于鎖定反壓縮態。

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審核編輯 黃宇