[发明专利]一种频谱产生装置、物理量变化量的测量装置及测量方法

摘要

本发明公开一种频谱产生装置、物理量变化量的测量装置及测量方法，所述装置和方法采用结构紧凑的光学参量振荡器将光通信波段的连续单频激光转化为光通信波段的压缩态光场，有效降低了连续变量压缩态光场在光纤中传输时由于损耗引起的退相干效应，最大程度的保留了其压缩度在光纤中传输时不受破坏；并将光通信波段的压缩态光场注入光纤马赫‑曾德干涉仪的真空通道，实现低于散粒噪声极限的量子精密测量，提高光纤马赫‑曾德干涉仪测量的灵敏度。另外本发明所述的装置结构灵巧、抗干扰能力强、灵敏度高，更加适用于微小物理量变化量的测量。

主权项

1.一种用于测量物理量变化量的频谱产生装置，其特征在于，所述频谱产生装置包括：光纤激光器、倍频器、参考光模清洁器、泵浦光模清洁器、光学参量振荡器、腔长锁定系统、晶体温度控制器、分束平面镜、双色平面镜、45°高反平面镜、光纤马赫‑曾德干涉仪和平衡零拍探测系统；所述光纤激光器用于产生光通信波段的连续单频激光；所述倍频器设置在所述光纤激光器的第一出射光路上；所述泵浦光模清洁器设置在所述倍频器的出射光路上，用于对倍频后的所述连续单频激光进行过滤和降噪处理，获得泵浦光场；所述双色平面镜设置在所述泵浦光模清洁器的出射光路上，用于将所述泵浦光场反射至所述光学参量振荡器；所述光学参量振荡器设置在所述双色平面镜的反射光路上，用于根据所述泵浦光场产生压缩态光场；所述光学参量振荡器包括平凹光学镜片和二阶非线性晶体；所述二阶非线性晶体的一端为凸面，另一端为平面；所述平凹光学镜片的一端为平面，另一端为凹面；所述平凹光学镜片的凹面和所述二阶非线性晶体的平面正对，且所述平凹光学镜片的凹面到所述二阶非线性晶体的平面之间的距离小于所述平凹光学镜片的凹面到所述二阶非线性晶体的凸面之间的距离；所述二阶非线性晶体设置在所述平凹光学镜片的透射光路上，经所述平凹光学镜片透射的泵浦光场首先到达所述二阶非线性晶体的所述平面；所述泵浦光通过所述二阶非线性晶体的所述平面后，在所述光学参量振荡器的腔内双次穿过所述二阶非线性晶体，产生信号光和闲置光；产生的信号光与闲置光则在腔内共振，频率和偏振均简并，且频率与注入的所述参考光频率一致；当所述泵浦光的功率控制在阈值的一半或三分之二处时，测量光学参量振荡器输出的下转换具有真空压缩的量子特性；所述二阶非线性晶体设置在隔离器的透射光路上，用于接收第二透射参考光；所述第二透射参考光首先入射到所述二阶非线性晶体的凸面；一方面，所述凸面对所述第二透射参考光进行透射，产生第三透射参考光作为所述光学参量振荡器的参考光场，用来辅助调节所述光学参量振荡器的模式匹配和经典增益；另一方面，所述凸面对所述第二透射参考光进行反射，产生所述第二反射参考光；所述凸面将所述第二透射光反射回所述腔长锁定系统，所述腔长锁定系统根据所述第二反射参考光对所述光学参量振荡器进行腔长锁定，将所述光学参量振荡器的腔长锁定在所述参考光场的共振频率上；所述晶体温度控制器与所述光学参量振荡器连接，用于控制所述光学参量振荡器中的晶体温度；所述参考光模清洁器设置在所述光纤激光器的第二出射光路上，用于对所述连续单频激光进行过滤和降噪处理，获得参考光场；所述分束平面镜设置在所述参考光模清洁器的出射光路上，用于对所述参考光场进行反射和透射，分别产生第一反射参考光和第一透射参考光；所述腔长锁定系统设置在所述分束平面镜的反射光路上，用于对所述第一反射参考光进行透射，得到第二透射参考光；所述光学参量振荡器还设置在所述腔长锁定系统的透射光路上，用于对所述第二透射参考光进行反射，产生第二反射参考光；所述腔长锁定系统还设置在所述光学参量振荡器的反射光路上，用于接收所述第二反射参考光；所述腔长锁定系统还与所述光学参量振荡器连接，用于根据所述第二反射参考光对所述光学参量振荡器进行腔长锁定；所述45°高反平面镜设置在所述分束平面镜的透射光路上，用于对所述第一透射参考光进行反射，产生本底振荡光场；所述光纤马赫‑曾德干涉仪设置在所述光学参量振荡器的出射光路以及所述45°高反平面镜的反射光路上，用于使所述压缩态光场和所述本底振荡光场发生干涉，产生干涉信号；所述平衡零拍探测系统设置在所述光纤马赫‑曾德干涉仪的出射光路上，用于根据所述干涉信号产生被测物理量变化量的频谱。