电压放大器在电光调幅器EOAM单级反馈噪声抑制实验中的应用

实验名称：基于电光调幅器EOAM单级反馈噪声抑制实验

研究方向：研究探索电光调幅器（EOAM）单级反馈技术对单原子光学俘获中激光强度噪声的抑制机制及其量子调控效果。通过静态光路实验量化反馈环路在0–1MHz频域的噪声衰减特性（100kHz处达20dB），并优化调制参数实现功率稳定性提升（标准差0.5%）；进一步在铯原子偶极阱中验证噪声抑制对量子态的调控作用：原子寿命从0.12s延长至13.9s（提升两个量级），均匀退相干时间T2∗从20.7ms增至107.5ms（提升5倍），揭示强度噪声谱与参量加热/量子退相干的定量关联。

实验目的：探究电光调幅器（EOAM）单级反馈环路的调制参数（偏置电压、增益带宽）对激光强度噪声抑制效果的影响规律，及其在单原子光学俘获中对原子寿命延长（提升两个数量级）和量子退相干时间增强（延长5倍）的调控作用，为量子精密操控系统提供低噪声光学俘获方案。

测试设备：ATA-2021H高压放大器、电光调幅器、比例积分控制器、自制高数值孔径物镜、铯原子磁光阱系统、单光子探测器、微波源、微波放大器、偏振分束棱镜、四分之一波片、半波片、频谱分析仪、示波器、光纤耦合系统。

实验过程：

图1：声光调制器和电光调制器相结合抑制0-1MHz激光强度噪声的实验装置图

图2：单级反馈环路抑制噪声实验装置图

图3：单级反馈环路抑制噪声装置实物图

在静态光路系统中采用频谱分析仪（DC-150MHz）量化EOAM单级反馈环路对1064nm激光强度噪声的抑制效果（偏置电压0V，增益带宽1MHz），通过噪声功率谱反演0–500kHz频域内参量加热率理论模型；同步在铯原子磁光阱-偶极阱复合系统中加载噪声抑制后的俘获光（功率11.6mW，阱深0.34mK），利用单光子探测器（SPCM，计数率100counts/50ms）监测原子存活概率。

实验结果：

图4：(a)反馈环路打开和闭合时原子在阱中的加热率(b)反馈环路打开和闭合时原子的寿命

图5：噪声抑制环路打开和闭合时原子在阱中的退相干时间

噪声抑制测试表明，当反馈环路闭合时（偏置电压0V固定），激光强度噪声在100kHz处衰减20dB，功率起伏标准差降至0.5%（自由运转11%），参量加热率理论值由6.35s-¹降至0.05s-¹；原子俘获实验证实：未抑制噪声时原子寿命仅0.12s（加热主导逃逸），施加反馈后寿命延长至13.9s（提升116倍），轴向振荡频率2.34kHz处的强度噪声抑制27dB；量子相干性测量显示：自由演化Ramsey干涉的退相干时间T2从4.84ms增至8.54ms，而自旋回波技术解析的均匀退相干时间T2∗由20.7ms提升至107.5ms（增幅420%），且噪声抑制后的自旋回波振幅衰减速率降低4.5倍。

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