高压功率放大器在量子噪声锁定实验中的应用

实验名称：量子噪声锁定实验

测试设备：高压放大器、示波器、激光器、光电探测器、频谱分析仪、带通滤波器、低通滤波器、压电陶瓷等。

实验过程：

图1：量子噪声馈定真空压缩光相位装置图。利用波长为532nm的绿光泵浦双波长共振的OPO腔产生波长为1064nm的真空化缩光，平衡零拍方法测量压缩光噪声，巧到的真空化缩光噪声信号通过频谱仪和锁相放大器组成的反馈回路实现对平衡零拍相位的锁定。Laser：全固化单频倍频Nd：YV04/KTP激光器，输出波长为1064nm与532nm，PD1/PD2：光电探测器，SA：型号为频谱分析仪，BPS：带通滤波器，ED：包络探测器，LPF：低通滤皮器，HV：高压放大器，PZT：压电陶瓷。

量子噪声锁定压缩光在平衡零拍探测中的相位实验过程图如图1所示。上半部分为光路部分，下半部分为电路部分。首先要制备压缩光，全固化单频倍频Nd：YV04/KTP激光器输出波长为1064nm红外与532nm绿光分别作为平衡零拍探测的本底振荡光和OPO腔的泵浦光，制备真空压缩光，频谱分析仪测得的压缩光噪声曲线为图2中的（a）曲线，（b）曲线为散粒噪声基准。频谱仪的参数选择为频率2MHz，Span为零，探测分辨率带宽为300kHz，显示带宽为30kHz，扫描周期Sweep为533.6ms。从图中可以看出光场在频率为2MHz处获得了约为2dB的压缩和4.5dB她的反压缩。

图2：频谱仪在2MHz处的压缩光噪声图。（a）线为压缩光噪声，（b）线为散粒噪声基准。在2MHz处获得了压缩度为2dB的真空压缩光。

实验结果：

图3：实验中示波器监测的误差信号与经频谱仪解调输出的噪声信号，蓝色较粗的曲线为噪声信号，黄色较光滑的为误差信号，误差信号在零点处对应的噪声巧线值为最大值或最小值，即对应的为光场的反压缩态与压缩态。与理论值符合较好。

频谱仪测量到的压缩光强度噪声信号在频谱仪内经解调滤波后输入到锁相放大器，如图1中的SA部分所示，图3中较粗的蓝色曲线就是示波器监视的频谱仪输出信号。锁相放大器输出的频率为30kHz的调制信号加载到本底光路中反射镜上的压电陶瓷上，相当于给本底光加了一个相位调制信号。这个装在反射镜上的压电陶瓷同样应用在量子噪声锁定的反馈回路中。图3中的较光滑的黄色曲线就是示波器监视的误差信号，它可以通过调节锁相放大器的参数得到优化。最后将误差输入到高压放大器内，再经过高压放大器的输出反馈到安装在镜架上的PZT实现对压缩光相位的锁定。锁定相位后频谱仪测得的频率在2MHz的压缩光噪声曲线分别如图5A和图5B所示，实验上观察到利用量子噪声锁定压缩光相位时，锁定压缩的稳定性要高于锁定反压缩。

图4：低频频谱仪测量的压缩光相位锁定之后的噪声曲线。曲线（ａ）为散粒噪岸基准，曲线（b）为锁定的压缩噪声曲线。

利用量子噪声法锁定平衡零拍探测中的压缩光相位之后，压缩光低频段的噪声通过低频频谱分析仪测量。测得的低频处的压缩光噪声如图4所示。图中曲线（ａ）为散粒噪声基准，曲线（b）为锁定的压缩噪声曲线。可以看出，在利用量子噪声法锁定了平衡零拍探测中的压缩光相位后，在频率高于3kHz的频段都可以观察到压缩。

图5：频谱仪量子噪声锁定真空压缩光效果图，Ａ、Ｂ中（a）、（b）曲线分別为压缩光噪声和散粒噪声基准，（c）曲线分别为锁定相位的压缩和反压缩噪声。实验上锁定压缩态相位的稳定性要高于锁定反压缩态。

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审核编辑 黄宇