實(shí)驗(yàn)名稱:基于磁敏感自旋波長(zhǎng)壽命光與原子糾纏源的制備
測(cè)試設(shè)備:高壓放大器、函數(shù)發(fā)生器、電光調(diào)制器、激光器、光隔離器位相延遲器、壓電陶瓷等。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程:

圖1:利用PDH鎖頻裝置圖
注:Laser:激光器,ISO:光隔離器,EOM:電光調(diào)制器,Poweramp:功率放大器,Oscillator:函數(shù)發(fā)生器,DelayBox:位相延遲器,Mixer:混頻器,HP:高通濾波器,LP:低通濾波器,PID:比例積分器,HV:高壓放大器,Detector:探測(cè)器,PZT:壓電陶瓷。
制作好的模式清潔器使用PDH鎖頻,如圖1所示,首先借助飽和吸收裝載將激光器頻率鎖定在原子躍遷線上,一束特定頻率的激光經(jīng)激光器出射后,穿過(guò)隔離器(ISO)、電光調(diào)制器(EOM)、透鏡后,從鏡M2中心進(jìn)入三鏡腔。激光經(jīng)過(guò)透鏡后進(jìn)入腔內(nèi)的腰斑半徑與三鏡腔的腰斑半徑匹配,一束微弱光從凹面鏡M3中透射出來(lái)被探測(cè)器接收,并將探測(cè)到腔模式的信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)通過(guò)高通濾波器進(jìn)入混頻器,函數(shù)發(fā)生器(Oscillator)輸出的正弦波信號(hào)分為兩束,一束信號(hào)被功率放大器(Poweramp)放大信號(hào)輸出至電光調(diào)制器(EOM),對(duì)激光施加相位調(diào)制。一束信號(hào)被位相延遲器(DelayBox)進(jìn)行相位延遲后進(jìn)入混頻器(Mixer),與探測(cè)器的電信號(hào)一起進(jìn)行交流信號(hào)混頻,信號(hào)混頻后被低通濾波器濾掉高頻成分后提取出誤差信號(hào),較弱的誤差信號(hào)進(jìn)入比例積分器(PID)進(jìn)行優(yōu)化,通過(guò)調(diào)節(jié)位相延遲器和PID參數(shù)優(yōu)化好誤差信號(hào)后經(jīng)過(guò)高壓放大器放大反饋給壓電陶瓷,壓電陶瓷帶動(dòng)腔鏡M3高頻振動(dòng),進(jìn)而改變腔長(zhǎng)使激光與三鏡腔腔模共振,實(shí)現(xiàn)模式清潔器的鎖定。經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè),模式清潔器的透射光效率為55%,再通過(guò)兩個(gè)濾波器,可以將寫讀光中非相干光濾除,提高單光子測(cè)量的信噪比。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

圖2:磁敏感自旋波恢復(fù)效率隨存儲(chǔ)時(shí)間的變化
如圖2所示是磁敏感自旋波恢復(fù)效率隨存儲(chǔ)時(shí)間的變化關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)中,Stokes光子在光路中傳播到單光子探測(cè)器中總的探測(cè)效率η=22.8%,每次探測(cè)到N個(gè)Stokes光子,單光子探測(cè)器DS1和DS2與DAS1和DAS2符合計(jì)數(shù)值為NAS,可以計(jì)算出恢復(fù)效率γ。為了使磁敏感態(tài)自旋波的存儲(chǔ)壽命達(dá)到最佳效果,在實(shí)驗(yàn)前就依據(jù)恢復(fù)效率隨存儲(chǔ)時(shí)間的振蕩變化為參考標(biāo)準(zhǔn),調(diào)節(jié)地磁場(chǎng)線圈中電流對(duì)環(huán)境磁場(chǎng)進(jìn)行精確補(bǔ)償。精確補(bǔ)償環(huán)境磁場(chǎng)后的磁敏感自旋波恢復(fù)效率隨存儲(chǔ)時(shí)間的關(guān)系如圖2所示,從圖中可以知道,恢復(fù)效率γ0在存儲(chǔ)時(shí)間t0=0時(shí)為15.8%,恢復(fù)效率為γ1在存儲(chǔ)時(shí)間t1=900μs時(shí)為5.85%,恢復(fù)效率在存儲(chǔ)時(shí)間的不斷提高情況下有降低的趨勢(shì)。根據(jù)擬合函數(shù)得到存儲(chǔ)1/e的存儲(chǔ)壽命為t0=900μs。

圖3:參量S隨存儲(chǔ)時(shí)間的變化
為了探究光與原子的糾纏度與存儲(chǔ)時(shí)間的關(guān)系,我們?cè)诓煌拇鎯?chǔ)時(shí)間下對(duì)Bell參數(shù)S進(jìn)行了測(cè)量。通過(guò)測(cè)量Bell參數(shù)S和Clauser-Horne-Shimony-Holt(CHSH)不等式來(lái)判斷是否產(chǎn)生糾纏光子對(duì)是實(shí)驗(yàn)上常常采用的方法。圖3中紅色圓點(diǎn)表示我們?cè)诓煌鎯?chǔ)時(shí)間t下測(cè)量的Bell參數(shù)S值,當(dāng)存儲(chǔ)時(shí)間t=0時(shí),系統(tǒng)的Bell參數(shù)S=2.58±0.03違反了貝爾不等式19.3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差,當(dāng)存儲(chǔ)時(shí)間t=900μs時(shí),系統(tǒng)的Bell參數(shù)S=2.10±0.03違反了貝爾不等式3.3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差,系統(tǒng)Bell參數(shù)S值隨著存儲(chǔ)時(shí)間t的增加而降低。
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圖:ATA-7050高壓放大器指標(biāo)參數(shù)
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