一种真空压缩态光场发生器内腔损耗的测量方法

专利名称：一种真空压缩态光场发生器内腔损耗的测量方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202311272880.3

专利申请（专利权）人：山西大学
权利人地址：山西省太原市小店区坞城路92号

专利发明（设计）人：刘建丽,张扬,王鹏军

专利摘要：一种真空压缩态光场发生器内腔损耗的测量方法,先利用功率计和示波器测量泵浦真空压缩态光场发生器的泵浦光功率、阈值功率、带宽和平衡零拍探测器的探测效率；再利用平衡零拍探测器测量真空压缩态光场发生器输出光场的正交振幅噪声；最后利用包含有泵浦光功率、阈值功率、探测效率、真空压缩态光场发生器输出光场正交振幅噪声在内的内腔损耗表达式进行计算，即可得到真空压缩态光场发生器的内腔损耗值。本发明特别适合I类相位匹配的真空压缩态光场发生器的内腔损耗的测量。

主权利要求：
1.一种真空压缩态光场发生器内腔损耗的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，利用功率计测量真空压缩态光场发生器的阈值功率；利用示波器测量真空压缩态光场发生器的带宽；利用功率计和示波器测量平衡零拍探测器的探测效率；利用功率计测量泵浦真空压缩态光场发生器的泵浦光功率；利用平衡零拍探测器测量真空压缩态光场发生器输出光场的正交振幅噪声；
步骤2，将测量到的阈值功率、带宽、探测效率、泵浦光功率和正交振幅噪声代入内腔损耗的表达式，计算出真空压缩态光场发生器的内腔损耗值；
所述的内腔损耗的表达式：
其中：L为真空压缩态光场发生器的内腔损耗；T为真空压缩态光场发生器的输出耦合透射率；ηdet为平衡零拍探测器的探测效率；P为泵浦真空压缩态光场发生器的泵浦光功率；
Pth为真空压缩态光场发生器的阈值功率；Vs为真空噪声压缩输出光场的正交振幅噪声值；f为分析频率；Δν为真空压缩态光场发生器的带宽。
2.如权利要求1所述的一种真空压缩态光场发生器内腔损耗的测量方法，其特征在于，所述的真空压缩态光场发生器是I类相位匹配的真空压缩态光场发生器。 说明书 : 一种真空压缩态光场发生器内腔损耗的测量方法技术领域[0001] 本发明涉及真空压缩态光场发生器，具体是一种真空压缩态光场发生器内腔损耗的测量方法，尤其适用于I类相位匹配的真空压缩态光场发生器内腔损耗的测量。背景技术[0002] 真空压缩态光场发生器是量子光学实验中制备真空压缩态光场的基本实验器件，而想要获得高强度和高纯度的真空压缩态光场，我们必须知道真空压缩态光场发生器的内腔损耗，内腔损耗的大小直接决定了真空压缩态光场发生器输出光场的最大压缩度，内腔损耗越小，真空压缩态光场发生器输出光场的压缩度越大。[0003] 目前，针对真空压缩态光场发生器的内腔损耗值多为估算。其中一种为理论估算，根据真空压缩态光场发生器的腔镜镀膜参数、非线性晶体的端面镀膜参数以及非线性晶体的吸收系数对内腔损耗值进行估算，例如，假设真空压缩态光场发生器的两个腔镜和非线性晶体的两个端面引入的损耗约为0.4％，非线性晶体的吸收损耗为0.1％，则估算总的内腔损耗约为0.5％，但这种估算值往往和实际的内腔损耗值相差较大，不够准确。另一种为实验估算，实验测量真空压缩态光场发生器的精细度，根据精细度与内腔损耗的之间的函数关系F＝2π/(T+L)(式中F为精细度，T为真空压缩态光场发生器的输出耦合透射率，L为内腔损耗)来推算内腔损耗的大小，但这种估算也不够准确，因为在测量真空压缩态光场发生器的精细度时，真空压缩态光场发生器的运行状态和真空压缩态光场发生器输出真空压缩态光场时的运行状态是不同的，所以这种估算也有偏差。发明内容[0004] 为了克服现有技术存在的问题，本发明提供一种结果准确、易于在实验中实施的真空压缩态光场发生器的内腔损耗的测量方法。[0005] 真空压缩态光场发生器在稳定运转时，其输出的真空压缩态光场的正交振幅噪声可表示为：[0006][0007] η es c表 示真 空 压缩 态光 场发 生 器的 逃逸 效率 ，可以 表示 为 ：[0008] 其中：T为真空压缩态光场发生器的输出耦合透射率；L为真空压缩态光场发生器的内腔损耗；ηdet为平衡零拍探测器的探测效率；P为泵浦真空压缩态光场发生器的泵浦光功率；Pth为真空压缩态光场发生器的阈值功率；Vs为真空噪声压缩输出光场的正交振幅噪声值；f为分析频率；Δν为真空压缩态光场发生器的带宽。[0009] 利用公式(1)和(2)，可以得到真空压缩态光场发生器内腔损耗的表达式：[0010][0011] 通过测量平衡零拍探测器的探测效率和真空压缩态光场发生器的相关参数，再结合表达式(3)，可以计算出真空压缩态光场发生器的内腔损耗。[0012] 本发明提供的一种真空压缩态光场发生器内腔损耗的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：[0013] 步骤1，利用功率计测量真空压缩态光场发生器的阈值功率；利用示波器测量真空压缩态光场发生器的带宽；利用功率计和示波器测量平衡零拍探测器的探测效率；利用功率计测量泵浦真空压缩态光场发生器的泵浦光功率；利用平衡零拍探测器测量真空压缩态光场发生器输出光场的正交振幅噪声；[0014] 步骤2，将测量到的阈值功率、带宽、探测效率、泵浦光功率和正交振幅噪声值代入内腔损耗的表达式(3)，计算出真空压缩态光场发生器的内腔损耗值。[0015] 所述的真空压缩态光场发生器是I类相位匹配的真空压缩态光场发生器。[0016] 与现有技术相比，本发明能够准确地给出真空压缩态光场发生器的内腔损耗值，同时该方法中测量的参数均是该类真空压缩态光场发生器中常测的实验参数，易于在实验中实施。附图说明[0017] 图1为本发明对真空压缩态光场发生器内腔损耗的测量示意图；图中：1、全固态激光器，2、真空压缩态光场发生器，3、50/50分束镜，4、平面反射镜，5、平衡零拍探测器。[0018] 图2为实验测量到的真空压缩态光场发生器输出光场的正交振幅噪声。具体实施方式[0019] 下面结合附图对本发明作进一步说明。[0020] 图1为本发明对真空压缩态光场发生器内腔损耗的测量示意图，图中1为全固态激光器，2为真空压缩态光场发生器，3为50/50分束镜，4为平面反射镜，5为平衡零拍探测器。全固态激光器1输出激光泵浦真空压缩态光场发生器2，真空压缩态光场发生器2的输出光场经过50/50分束镜3分为两束，透射光束直接输入平衡零拍探测器5的一个输入端，反射光束经过平面反射镜4输入平衡零拍探测器5的另一个输入端。[0021] 被测的真空压缩态光场发生器2为I类相位匹配的真空压缩态光场发生器，由一块3周期性极化铌酸锂晶体和一个输出耦合镜构成，晶体尺寸1*2*10mm，晶体温度控制在34.5℃，输出耦合镜的透射率为T＝10％，真空压缩态光场发生器的腔长为38.5mm。利用功率计测得真空压缩态光场发生器的阈值功率为Pth＝52mW，泵浦功率为P＝35mW，利用示波器测得真空压缩态光场发生器的带宽为Δν＝48MHz，利用功率计和示波器测得平衡零拍探测器的探测效率为ηdet＝92％。[0022] 图2为利用平衡零拍探测器测到的真空压缩态光场发生器输出光场的正交振幅噪声图，图中横坐标为分析频率f，纵坐标为对应分析频率下的正交振幅噪声值Vs。从图2中可以读出以下实验数据：当f1＝5MHz时，Vs1＝‑7.22dB；当f2＝10MHz时，Vs2＝‑6.75dB；当f3＝15MHz时，Vs3＝‑5.75dB；当f4＝20MHz时，Vs4＝‑4.92dB；当f5＝25MHz时，Vs5＝‑4.18dB。[0023] 利用表达式(3)计算出真空压缩态光场发生器的内腔损耗分别为L1＝1.10％、L2＝1.10％、L3＝1.10％、L4＝1.11％、L5＝1.10％。五个计算结果取平均值，最终给出该真空压缩态光场发生器的内腔损耗为L＝1.10％。在计算过程中，也可以从图2中读取更多的实验数据，然后分别利用表达式(3)计算真空压缩态光场发生器的内腔损耗值，最后多个计算结果取平均值给出最终结论。

专利地区：山西

专利申请日期：2023-09-28

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN117330290B