一種鎖定兩束同頻率激光到任意位相的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鎖定兩束同頻率激光到任意位相的方法，此方法包括以下步驟：選定一束激光作為輔助光束，利用光學(xué)分束器將輔助光束分為兩束：第一輔助光束和第二輔助光束；將第一被鎖定光束與第一輔助光束的相對相位穩(wěn)定到固定值；穩(wěn)定第二被鎖定光束與第二輔助光束的相對相位，通過改變第二解調(diào)信號源的相位，可以將第二被鎖定光束與第二輔助光束之間的相對相位穩(wěn)定到任意值。第一被鎖定光束與第二被鎖定光束之間的相對相位隨第二被鎖定光束與第二輔助光束之間的相對位相改變，從而實現(xiàn)第一被鎖定光束與第二被鎖定光束之間的相對相位到任意相位。該方法裝置簡單，操作方便，實用性強，可以鎖定兩束同頻率激光到任意位相。
【專利說明】一種鎖定兩束同頻率激光到任意位相的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種鎖定兩束同頻率激光到任意相位的方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002] 壓縮態(tài)光場是一種非常重要的非經(jīng)典光場，可以應(yīng)用于引力波的探測、光學(xué)精密 測量、糾纏態(tài)光場的產(chǎn)生、量子通訊等研究領(lǐng)域。尤其在量子通訊方面，兩個單模壓縮態(tài)光 場或者一個雙模壓縮態(tài)光場可用來產(chǎn)生糾纏光，糾纏光作為量子信息的基礎(chǔ)和核心，可以 完成量子糾纏交換、超微弱信息的量子傳輸、量子保密通信、量子密集編碼和量子離物傳態(tài) 等量子通信領(lǐng)域的重要原理性實驗。
[0003] 平衡零拍探測系統(tǒng)是量子光學(xué)實驗中非常重要的測量裝置，可以用于測量壓縮態(tài) 光場和糾纏態(tài)光場的正交分量量子起伏。該系統(tǒng)由一個50/50光學(xué)分束器、兩個高量子效 率光電探測器和一個電子信號減法器構(gòu)成。將一束功率遠大于待測光場的本底振蕩光與 待測光場在50/50光學(xué)分束器上進行相干耦合，兩個探測器分別探測分束器兩臂上的出射 光，探測器測量得到的結(jié)果通過減法器相減，其輸出信號正比于待測光場的正交分量量子 起伏，其測量結(jié)果與本底光和待測光場的相對位相有著密切的關(guān)系。通過鎖定兩束光學(xué)場 之間的相對位相，即可測量信號光場的正交振幅或正交位相噪聲。當(dāng)本底光與待測光場的 位相差鎖定到零時，可測量信號光場的正交振幅分量噪聲；當(dāng)本底光與待測光場的位相差 鎖定到n/2時，可測量信號光場的正交位相分量噪聲。在糾纏光產(chǎn)生的實驗中，需要將兩 束壓縮光的相位鎖定在η/2相位，獲得糾纏光輸出。上述幾種特殊相對相位的鎖定比較容 易。
[0004] 然而，在Wigner函數(shù)重構(gòu)時，需要將本底光和信號光鎖定在不同的相對相位，以 獲得任意角度的光學(xué)場量子起伏。同時，在執(zhí)行量子計算和量子邏輯操時，需要測量任意角 度的光學(xué)場正交分量的量子起伏，優(yōu)化量子計算和量子邏輯操作的結(jié)果。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中，鎖定兩個同頻率光學(xué)場到任意位相的方法是（中國發(fā)明專利，專利 號：ZL):首先利用位相調(diào)制器對一束光場進行位相調(diào)制，然后令兩束光場在一個光學(xué)分 束器上干涉，最后利用探測器探測干涉信號，探測器輸出的直流信號經(jīng)過衰減器，輸出的 交流信號與解調(diào)信號混頻，衰減器輸出的余弦信號與混頻器輸出的正弦信號相加或相減， 獲得鎖定光學(xué)場任意干涉位相差的誤差信號sin0土kcosΘ，其中Θ稱為初始位相差， Ar=tan<p,通過衰減器調(diào)節(jié)比例系數(shù)k,可將干涉位相差鎖定到任意角度φ,將誤差信號反 饋到壓電陶瓷上，完成任意位相差的鎖定。
[0006] 本發(fā)明提出一種鎖定兩束同頻率激光到任意位相的方法，是利用一束輔助光束， 通過改變解調(diào)信號的相位，將兩束同頻率激光的相對相位鎖定到任意值。因為兩束光相對 位相的調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)解調(diào)信號的相位實現(xiàn)，解調(diào)信號的相位調(diào)節(jié)通過改變信號源的相位獲 得，比通過衰減器調(diào)節(jié)比例系數(shù)k更精確、直觀和簡便，可以將兩束同頻率激光精確鎖定到 任意相位。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種鎖定兩束同頻率激光到任意位相的方法。
[0008] 本發(fā)明的核心思想是利用一束與第一被鎖定光束和第二被鎖定光束頻率失諧的 光束作為輔助光束，將兩束同頻率激光的相對相位鎖定到任意值。首先，利用光學(xué)分束器將 輔助光束分為兩束：第一輔助光束和第二輔助光束；然后，將第一被鎖定光束與第一輔助 光束的相對相位穩(wěn)定到固定值；最后，穩(wěn)定第二被鎖定光束與第二輔助光束的相對相位，通 過改變第二解調(diào)信號源的相位，可以將第二被鎖定光束與第二輔助光束之間的相對相位穩(wěn) 定到任意值。第一被鎖定光束與第二被鎖定光束之間的相對相位隨第二被鎖定光束與第二 輔助光束之間的相對位相改變，從而實現(xiàn)第一被鎖定光束與第二被鎖定光束之間的相對相 位到任意相位。
[0009] 本發(fā)明提供的一種鎖定兩束同頻率激光到任意位相的方法，包括以下步驟：
[0010] (1)、選定一束激光作為輔助光束，利用光學(xué)分束器將輔助光束分為兩束：第一輔 助光束和第二輔助光束。
[0011] 輔助光束的獲得有兩種方法：一種是利用聲光調(diào)制器的移頻原理，將被鎖定光束 分出一部分，經(jīng)過聲光調(diào)制器移頻后作為輔助光束。另一種是通過鎖定另一臺激光器與被 鎖定光束的相對相位，用它的輸出光作為輔助光束。利用光學(xué)分束器將輔助光束分為兩束： 第一輔助光束和第二輔助光束。第一輔助光束導(dǎo)入第一光學(xué)鏡片上與第一被鎖定光束合 束，第二輔助光束入射到第二光學(xué)鏡片上與第二被鎖定光束合束。
[0012](2)、將第一被鎖定光束與第一輔助光束的相對相位穩(wěn)定到固定值。
[0013] 第一信號源產(chǎn)生三角波信號，通過第一電子學(xué)開關(guān)和第一高壓放大器后，加載 到粘在一個光學(xué)反射鏡背面的第一壓電陶瓷上，掃描第一被鎖定光束和第一輔助光束的 相對位相。將第一輔助光束與第一被鎖定光束用第一光學(xué)鏡片合束，第一光學(xué)鏡片對第 一被鎖定光束和第一輔助光束的透射率為50%。第一輔助光束光場的表達式為Etl = AciC0S[2π(V(l+Ω)t]，第一被鎖定光束的光場表達式為E1=A1COS(2π V(lt+ Θ J，其中V。為 第一被鎖定光束的頻率，v〇+Ω為第一輔助光束的頻率，Q1S第一被鎖定光束與第一輔助 光束之間的相對位相。兩光束在第一光學(xué)鏡片上合束，合束后的干涉信號為

【權(quán)利要求】
1. 一種鎖定兩束同頻率激光到任意位相的方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 、選定一束激光作為輔助光束（3)，利用光學(xué)分束器（4)將輔助光束（3)分為兩束： 第一輔助光束（5)和第二輔助光束（6); 2) 、將第一被鎖定光束（1)與第一輔助光束（5)的相對相位穩(wěn)定到固定值； 3) 、穩(wěn)定第二被鎖定光束（2)與第二輔助光束（6)的相對相位，通過改變第二解調(diào)信號 源（23)的相位，可以將第二被鎖定光束（2)與第二輔助光束（6)之間的相對相位穩(wěn)定到任 意值； 4) 、第一被鎖定光束（1)與第二被鎖定光束（2)之間的相對相位隨步驟3)中第二被鎖 定光束（2)與第二輔助光束（6)之間的相對位相改變，從而實現(xiàn)第一被鎖定光束（1)與第 二被鎖定光束（2)之間的相對相位到任意相位。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種鎖定兩束同頻率激光到任意位相的方法，其特征在于，所 述的第一被鎖定光束（1)和第二被鎖定光束（2)的頻率相等。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種鎖定兩束同頻率激光到任意位相的方法，其特征在于，所 述的輔助光束（3)與第一被鎖定光束（1)和第二被鎖定光束（2)的頻率不相等。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種鎖定兩束同頻率激光到任意位相的方法，其特征在于，所 述的輔助光束（3)可以通過聲光調(diào)制器移頻第一被鎖定光束（1)或第二被鎖定光束（2)得 至IJ，或用另外一臺激光器的輸出光來充當(dāng)。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種鎖定兩束同頻率激光到任意位相的方法，其特征在于，所 述的輔助光束（3)與第一被鎖定光束（1)和第二被鎖定光束（2)的頻率差在第一探測器 (11)和第二探測器（12)的帶寬范圍內(nèi)。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種鎖定兩束同頻率激光到任意位相的方法，其特征在于，所 述的第一解調(diào)信號源（19)和第二解調(diào)信號源（23)的輸出頻率等于第一被鎖定光束（1)和 第二被鎖定光束（2)與輔助光束（3)的頻率差。
【文檔編號】H01S3/10GK104332816SQ201410690155
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】鄭耀輝, 李志秀, 王雅君, 彭堃墀 申請人:山西大學(xué)