實(shí)驗(yàn)名稱:基于電光調(diào)幅器EOAM單級(jí)反饋噪聲抑制實(shí)驗(yàn)
研究方向:研究探索電光調(diào)幅器(EOAM)單級(jí)反饋技術(shù)對(duì)單原子光學(xué)俘獲中激光強(qiáng)度噪聲的抑制機(jī)制及其量子調(diào)控效果。通過(guò)靜態(tài)光路實(shí)驗(yàn)量化反饋環(huán)路在0–1MHz頻域的噪聲衰減特性(100kHz處達(dá)20dB),并優(yōu)化調(diào)制參數(shù)實(shí)現(xiàn)功率穩(wěn)定性提升(標(biāo)準(zhǔn)差0.5%);進(jìn)一步在銫原子偶極阱中驗(yàn)證噪聲抑制對(duì)量子態(tài)的調(diào)控作用:原子壽命從0.12s延長(zhǎng)至13.9s(提升兩個(gè)量級(jí)),均勻退相干時(shí)間T2?從20.7ms增至107.5ms(提升5倍),揭示強(qiáng)度噪聲譜與參量加熱/量子退相干的定量關(guān)聯(lián)。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>探究電光調(diào)幅器(EOAM)單級(jí)反饋環(huán)路的調(diào)制參數(shù)(偏置電壓、增益帶寬)對(duì)激光強(qiáng)度噪聲抑制效果的影響規(guī)律,及其在單原子光學(xué)俘獲中對(duì)原子壽命延長(zhǎng)(提升兩個(gè)數(shù)量級(jí))和量子退相干時(shí)間增強(qiáng)(延長(zhǎng)5倍)的調(diào)控作用,為量子精密操控系統(tǒng)提供低噪聲光學(xué)俘獲方案。
測(cè)試設(shè)備:ATA-2021H高壓放大器、電光調(diào)幅器、比例積分控制器、自制高數(shù)值孔徑物鏡、銫原子磁光阱系統(tǒng)、單光子探測(cè)器、微波源、微波放大器、偏振分束棱鏡、四分之一波片、半波片、頻譜分析儀、示波器、光纖耦合系統(tǒng)。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程:

圖1:聲光調(diào)制器和電光調(diào)制器相結(jié)合抑制0-1MHz激光強(qiáng)度噪聲的實(shí)驗(yàn)裝置圖

圖2:?jiǎn)渭?jí)反饋環(huán)路抑制噪聲實(shí)驗(yàn)裝置圖

圖3:?jiǎn)渭?jí)反饋環(huán)路抑制噪聲裝置實(shí)物圖
在靜態(tài)光路系統(tǒng)中采用頻譜分析儀(DC-150MHz)量化EOAM單級(jí)反饋環(huán)路對(duì)1064nm激光強(qiáng)度噪聲的抑制效果(偏置電壓0V,增益帶寬1MHz),通過(guò)噪聲功率譜反演0–500kHz頻域內(nèi)參量加熱率理論模型;同步在銫原子磁光阱-偶極阱復(fù)合系統(tǒng)中加載噪聲抑制后的俘獲光(功率11.6mW,阱深0.34mK),利用單光子探測(cè)器(SPCM,計(jì)數(shù)率100counts/50ms)監(jiān)測(cè)原子存活概率。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

圖4:(a)反饋環(huán)路打開(kāi)和閉合時(shí)原子在阱中的加熱率(b)反饋環(huán)路打開(kāi)和閉合時(shí)原子的壽命

圖5:噪聲抑制環(huán)路打開(kāi)和閉合時(shí)原子在阱中的退相干時(shí)間
噪聲抑制測(cè)試表明,當(dāng)反饋環(huán)路閉合時(shí)(偏置電壓0V固定),激光強(qiáng)度噪聲在100kHz處衰減20dB,功率起伏標(biāo)準(zhǔn)差降至0.5%(自由運(yùn)轉(zhuǎn)11%),參量加熱率理論值由6.35s-1降至0.05s-1;原子俘獲實(shí)驗(yàn)證實(shí):未抑制噪聲時(shí)原子壽命僅0.12s(加熱主導(dǎo)逃逸),施加反饋后壽命延長(zhǎng)至13.9s(提升116倍),軸向振蕩頻率2.34kHz處的強(qiáng)度噪聲抑制27dB;量子相干性測(cè)量顯示:自由演化Ramsey干涉的退相干時(shí)間T2從4.84ms增至8.54ms,而自旋回波技術(shù)解析的均勻退相干時(shí)間T2?由20.7ms提升至107.5ms(增幅420%),且噪聲抑制后的自旋回波振幅衰減速率降低4.5倍。
電壓放大器推薦-ATA-2021B高壓放大器:

圖:ATA-2021B高壓放大器指標(biāo)參數(shù)
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