[发明专利]非对称量子干涉仪及方法

权利要求书

1.一种非对称量子干涉仪，其特征在于，它包括：

第一光源（1），其用于产生入射拉曼光场W；

第二光源（2），其用于产生光学泵浦光场P；

第一极化分束器（3），其沿所述第一光源（1）光路设置，用于所述第一光源（1）和出射探测信号光场的空间分束；

原子系综（4），其为原子蒸气、冷原子系综或碱金属原子系综，设置在所述第一极化分束器（3）与第二极化分束器（5）之间，用于实现光和原子的相互作用，产生偏振垂直于拉曼光场的信号光场以及原子相干性，信号光场与原子相干性之间有相位关联，原子相干性留在原子系综中，拉曼光场和信号光场传播出原子系综；

第二极化分束器（5），其沿所述第一光源（1）光路设置，用于所述第一光源（1）和产生的信号光场的空间分束；

第一光学反射镜（6），其用于反射所述第一光源（1），原路返回原子系综；

第二光学反射镜（7），其用于反射所述产生的信号光场，与反射回的第一光源空间重合，发生拉曼放大，产生放大后的探测信号光场；

相移器（8），其设置在所述第二极化分束器（5）和第二光学反射镜（7）之间，用于改变所述产生的信号光场的相位；

光电探测器（9），其用于探测最终的输出信号，最终干涉输出信号强度随相位变化呈不对称图样；其中：

所述第一光源（1）通过第一极化分束器（3）进入原子系综（4），所述第二光源（2）与第一光源（1）空间重合或呈1～5°夹角反向进入原子系综（4）；

所述第一光源（1）与经第一反射镜（6）反射回来的第一光源（1）空间重合；

通过采用光场和原子高增益非线性作用过程实现信号光场和原子相干性之间的分束和合束过程，因信号光场和原子相干性之间具有相位关联，最终实现非对称量子干涉；

干涉输出强度随信号光场和原子相干性之间的相位差呈现非对称的特性。

2.根据权利要求1所述的非对称量子干涉仪，其特征在于，所述第一光源（1）及第二光源（2）为激光器发出的相干光源。

3.一种权利要求1所述非对称量子干涉仪实现非对称量子干涉的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：第二光源（2）与所述第一光源（1）空间重合或者呈1～5°夹角，进入原子系综（4），将原子制备到一个初态能级上；

步骤2：第一光源（1）通过第一极化分束器（3）进入原子系综（4），实现拉曼散射过程，该过程为分束过程，产生信号光S1，同时产生原子相干性A1；S1随拉曼光场一起出射，离开原子池，经过第二极化分束器（5）后，信号光S1和拉曼光场W空间分离；

步骤3：信号光S1通过相移器（8），相位发生改变，到达第二光学反射镜（7），原子相干性A1留在原子系综（4）中；第一光源（1）到达第一光学反射镜（6）；

步骤4：步骤3中返回的信号光S1和返回的第一光源（1）原路返回，通过第二极化分束器（5）后，与原子相干性A1空间合束，两束光场S1、W与原子相干性A1相互作用，发生第二次拉曼散射过程，将光信号S1和原子相干性A1进一步放大并干涉，产生的最终输出信号光S2从原子系综（4）中传播出来，穿过第一极化分束器（3），被光电探测器（9）探测，原子相干性A2留在原子系综（4）中；

步骤5：输出信号光S2和原子相干性A2强度跟产生信号光S1和原子相干性A1的相位差有关系，改变信号光S1和原子相干性A1的相位能够观测到干涉；通过控制相移器（8）改变返回到原子系综（4）的产生信号光S1的相位，即可在光电探测器（9）观测到干涉强度随相位改变为非对称图样。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1所述原子系综（4）的原子密度为10¹⁰-10¹²个原子/cm³。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述碱金属原子系综为铯原子系综、铷原子系综、锂原子系综或钾原子系综。