本文關(guān)鍵詞：基于原子系綜四波混頻的光量子關(guān)聯(lián)干涉儀

  更多相關(guān)文章： 量子噪聲 干涉儀 壓縮態(tài) 四波混頻 放大器

【摘要】：光學(xué)干涉儀,由于其對(duì)相位變化極其敏感,已成為精密測(cè)量領(lǐng)域一個(gè)非常重要的測(cè)量方法。不止一次,精密測(cè)量中測(cè)量精度的提高給我們的認(rèn)知和生活都帶來(lái)了很大的改變。近年來(lái),隨著測(cè)量技術(shù)的不斷改善,提高度量精度的研究已從經(jīng)典的宏觀世界發(fā)展到微觀量子區(qū)域。目前許多精密測(cè)量中的測(cè)量靈敏度都受限于標(biāo)準(zhǔn)量子極限。若要實(shí)現(xiàn)更高精度的精密測(cè)量,需要借助量子手段才可以突破,便出現(xiàn)了量子精密測(cè)量。本文中將研究利用量子關(guān)聯(lián)特性實(shí)現(xiàn)的測(cè)量靈敏度優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)量子極限的非傳統(tǒng)干涉儀,并圍繞原子系綜四波混頻的光量子關(guān)聯(lián)干涉儀進(jìn)行了一系列理論及實(shí)驗(yàn)研究,分析討論了其測(cè)量靈敏度優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)量子極限甚至接近海森堡極限的可能性,也給出了實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器的可行方案。另外本文還研究了利用量子關(guān)聯(lián)和干涉效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的壓縮增強(qiáng)現(xiàn)象。本論文主要內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：(1)本文將首先研究一種新型的非傳統(tǒng)干涉儀,其中分束與合束的元件不再是線性分束器,取而代之的是基于四波混頻過(guò)程的參量放大器。該光量子關(guān)聯(lián)干涉儀的相位測(cè)量靈敏度將大大優(yōu)于傳統(tǒng)的線性干涉儀。實(shí)驗(yàn)上得到了其干涉對(duì)比度在很大的參數(shù)范圍內(nèi)都可以保持優(yōu)于0.9的結(jié)果,有力地證明了該干涉儀具有很好的穩(wěn)定性和抗干擾性。還對(duì)該干涉儀的信噪比(sNR)提高進(jìn)行了詳細(xì)的研究,發(fā)現(xiàn)在相同條件下,非傳統(tǒng)干涉儀比傳統(tǒng)干涉儀的信噪比提高了4.1士0.3 dB。這些優(yōu)勢(shì)大大拓寬了該光量子關(guān)聯(lián)干涉儀的應(yīng)用領(lǐng)域。(2)緊接著,本文從理論上分析討論了不同的光量子關(guān)聯(lián)干涉儀的相位測(cè)量靈敏度。發(fā)現(xiàn)在采用四波混頻參量放大器加線性分束器(PA+BS)的模型時(shí),由于參量放大器的輸出態(tài)為糾纏態(tài),其量子噪聲之間存在關(guān)聯(lián),因而當(dāng)分束器將其疊加時(shí),干涉相消現(xiàn)象將會(huì)抵消互相關(guān)聯(lián)的量子噪聲,從而使得干涉儀輸出信噪比優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)量子極限。同時(shí),還討論了輸入場(chǎng)處于不同量子態(tài)時(shí),該干涉儀的相位測(cè)量靈敏度達(dá)到海森堡極限的可能性。(3)此外,本文中將從實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)利用關(guān)聯(lián)特性消除放大器內(nèi)部噪聲的低噪聲放大器。在放大過(guò)程中,額外的量子噪聲通常會(huì)通過(guò)放大器(Amplifier)的內(nèi)部自由度(internal degree)耦合到放大器中。使得放大后的信噪比反而降低。即便采用壓縮光填補(bǔ)放大器內(nèi)部自由度的方案可以有效地抑制額外噪聲,但最理想的情況下也只能實(shí)現(xiàn)在放大過(guò)程中信噪比保持不變。而本文所討論的方案中,讓輸入信號(hào)模式與放大器內(nèi)部模式之間產(chǎn)生量子關(guān)聯(lián),再利用干涉相消過(guò)程消除具有關(guān)聯(lián)特性的量子噪聲,從而實(shí)現(xiàn)在放大信號(hào)的同時(shí)不放大噪聲,提高了輸出場(chǎng)的信噪比。在實(shí)驗(yàn)中,該具有糾纏特性的放大器得到了4.0土0.2dB的信噪比提升。(4)最后,本文展示了該光量子關(guān)聯(lián)干涉儀不僅可以用于噪聲抑制的精密測(cè)量,還可以通過(guò)相位來(lái)進(jìn)行量子調(diào)控,并在干涉相長(zhǎng)時(shí)實(shí)現(xiàn)壓縮增強(qiáng)的效應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)該干涉儀處于干涉相長(zhǎng)的相位時(shí),可以得到7.9dB的壓縮度,與單次四波混頻過(guò)程產(chǎn)生的壓縮光(3.9dB壓縮度)相比,實(shí)現(xiàn)了4dB的壓縮增強(qiáng)效應(yīng)。由于量子關(guān)聯(lián)廣泛應(yīng)用于量子通訊,量子信息等領(lǐng)域,因而提高量子關(guān)聯(lián)性有著重要的意義。
【關(guān)鍵詞】：量子噪聲 干涉儀 壓縮態(tài) 四波混頻 放大器
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH744.3;O431.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-33
• 1.1 精密測(cè)量13-14
• 1.2 量子精密測(cè)量——基于量子關(guān)聯(lián)的干涉儀14-31
• 1.2.1 量子關(guān)聯(lián)的制備——原子四波混頻系統(tǒng)16-22
• 1.2.2 干涉儀的形成——級(jí)聯(lián)的四波混頻系統(tǒng)22-31
• 1.3 本論文主要構(gòu)架31-33
• 第二章 量子關(guān)聯(lián)的SU(1,1)干涉儀研究33-55
• 2.1 SU(1,1)干涉儀的干涉對(duì)比度依賴性研究33-39
• 2.1.1 理論模擬34-37
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證37-39
• 2.2 SU(1,1)干涉儀靈敏度的理論計(jì)算39-44
• 2.2.1 輸入場(chǎng)為相干態(tài)和真空態(tài)41-42
• 2.2.2 輸入場(chǎng)為相干態(tài)和壓縮真空態(tài)42-43
• 2.2.3 輸入場(chǎng)為真空態(tài)和壓縮真空態(tài)43-44
• 2.3 SU(1,1)干涉儀的信噪比提高44-53
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置44-46
• 2.3.2 信號(hào)增強(qiáng)46-48
• 2.3.3 噪聲抑制48-49
• 2.3.4 信噪比提高49-51
• 2.3.5 損耗的影響51-52
• 2.3.6 分析與討論52-53
• 2.4 本章小結(jié)53-55
• 第三章 量子關(guān)聯(lián)的PA+BS干涉儀研究55-71
• 3.1 PA+BS模型介紹55-66
• 3.1.1 閑頻輸入場(chǎng)為真空態(tài)58-60
• 3.1.2 閑頻輸入場(chǎng)壓縮態(tài)60-62
• 3.1.3 接近海森堡極限的可能性62-66
• 3.2 BS+PA模型介紹66-68
• 3.3 本章小結(jié)68-71
• 第四章 基于量子關(guān)聯(lián)干涉儀的低噪聲放大器研究71-85
• 4.1 實(shí)驗(yàn)裝置73-75
• 4.2 噪聲水平75-77
• 4.3 放大器信噪比提高77-80
• 4.4 損耗對(duì)噪聲的影響80-83
• 4.5 本章小結(jié)83-85
• 第五章 量子關(guān)聯(lián)干涉儀中的壓縮增強(qiáng)研究85-95
• 5.1 想情況85-89
• 5.2 損耗的影響89-93
• 5.3 本章小結(jié)93-95
• 第六章 論文總結(jié)95-97
• 附錄A 銣-85D1線超精細(xì)分裂能級(jí)圖97-99
• 附錄B 平衡零拍探測(cè)技術(shù)99-103
• 附錄C 基于光纖干涉儀的激光穩(wěn)頻技術(shù)103-115
• 參考文獻(xiàn)115-129
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文129-131
• 簡(jiǎn)歷131-133
• 致謝133-13

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