光—原子混合干涉仪

发布时间：2019-02-27 09:26

【摘要】：干涉仪从诞生起,就被广泛的应用在各种参数的测量上,成为精密测量最为重要的工具之一。很多量子光学和原子光学的最新研究进展都已经被用于改进干涉仪的测量精度。1986年B.Yurke等人在理论上提出可以利用参量放大过程或者四波混频过程代替传统干涉仪中的光束分束器实现SU(1,1)干涉仪,它的相位灵敏度能突破经典测量极限,达到海森堡极限,能极大改善干涉仪的测量精度。而原子系综的拉曼散射过程跟参量放大过程有着几乎相同的哈密顿量,其产生的斯托克斯光场和原子自旋波分别等效于参量放大过程中的信号光场和闲置光场,因此我们提出用拉曼过程代替参量放大过程作为分束器,实现光-原子混合干涉仪。我们可以利用原子系综的受激拉曼放大过程代替传统干涉仪的分束器,对入射光场进行放大并产生关联的原子自旋波,实现光和原子的分束过程,再将产生的斯托克斯光场和原子自旋波作为探针各自耦合各种待测物理量,最后可以采用一种相敏的拉曼散射过程完成光场和原子的合束。高精度的光—原子混合干涉仪首先需要一个强度稳定,相干性好,与拉曼泵浦光双光子共振的入射光场。另外,目前国际上已有的基于种子光的受激拉曼散射过程或者基于原子自旋波的增强拉曼散射过程可以实现光-原子混合干涉仪中的分束功能,但仍需要一种新型的相敏的拉曼散射过程来实现合束过程。针对上述情况,我们开展了三个方面的研究并总结结果如下：1.制备强度稳定,相干性好,与拉曼泵浦光频率之间满足双光子共振的干涉仪输入场。我们在热的铷87(Rb87)原子系综中,我们利用相干反馈过程实现了低功率下高效的拉曼散射转化,产生的转化光和拉曼泵浦光满足双光子共振条件,并且具有很好的相干特性,可以作为光-原子混合干涉仪的输入信号。在这个过程中,拉曼泵浦光转化为斯托克斯光的效率可达40-50%,转化为反斯托克斯光的效率也达到20-30%。这部分内容将在本文的第二章中详细介绍。2.我们实现了一种新型的关联增强相位灵敏的拉曼散射,可以作为干涉仪的合束过程。这种新型拉曼散射是利用拉曼散射过程对光场和原子自旋波之间的相对相位比较敏感的特性来实现的。从本质上讲,是利用注入的斯托克斯种子光和原子自旋波各自产生的放大光场的干涉来实现增强效应,当斯托克斯种子光和原子自旋波相位处在相长干涉时,关联增强相位灵敏拉曼散射的转化效率比自发拉曼散射、受激拉曼散射和相干增强拉曼散射的效率高很多。这种新型的拉曼散射过程由于其相敏的特性可以用来实现光-原子混合干涉仪的合束。这部分内容将在本文的第三章中进行详细介绍。3.基于前面的理论和实验研究结果,我们用两个拉曼散射过程构成了一种新型的光-原子混合干涉仪。受激或者增强拉曼散射过程产生的斯托克斯光和原子自旋波之间有相位和强度的关联,作为干涉仪的分束过程,关联增强相位灵敏的拉曼散射作为合束过程,实现光-原子混合干涉仪。这种非线性光-原子干涉仪不同于传统的全光干涉仪和原子干涉仪,它的干涉输出信号既对光场相位敏感,也对原子相位敏感。而且作为干涉臂的斯托克斯光场和原子自旋波之间有量子关联,从理论上来讲,它可以得到比线性干涉仪更高的信噪比,有更高的相位灵敏度。另外,我们分析了这种光—原子混合干涉仪的内部损耗对干涉仪灵敏度的影响。这部分内容将在本文的第四章中进行详细介绍。
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【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.3

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