用平衡零拍来测量噪声的传递特性 作者：张晓莉 赵 霞 来源：《科技视界》 2014年第5期 张晓莉 赵 霞 （山西大学，山西 太原 030006） 【摘 要】我们的实验主要研究的是测量噪声的传递与平衡零拍探测。与双频率的本征场（LO），低频噪声在100千赫降低5dB。更进一步的改善受到中心频率载体的非理想取舍。在这个过程中，低频信号的亚散粒噪声光学测量能够通过高频的压缩态来进行测量。 【关键词】噪声；低频；平衡零拍 1 背景介绍 激光器以其低噪声和高光谱纯度特性广泛的应用于精密测量，特别是在低频信号的亚散粒噪声的测量中有着重要的应用。最近几年来，低频压缩[1]取得了显著的进展，而且在引力波探测[2]中的应用使低频信号的亚散粒噪声测量有了更好的发展前景[3-4]。光学中零拍探测是量子光学中常用的探测方法。零拍探测器是一个不转移测量频率的对相位敏感的装置，但是在量子噪声水平的探测中没有额外噪声。在本文中，我们通过实验证明了多成分本征场的噪声跃迁。通过注入更容易产生的高频压缩态，实现我们实验中的亚散粒噪声低频信号测量。 2 理论方面的计算 本次实验的实验装置图如图1，一束频率为ω0的光场，经过调至频率为Ω的相位调制后，产生了一对一阶边带，频率为ω0±Ω。将调制后的激光边带频移到频率为ω0的信号光的边带上，从而，在低频边带处的噪声被压缩。 经过调制的强的local光与一个弱的信号场在50：50分束器上耦合干涉，输出端进入一个平衡探测器。随后就进入了电学信号的 因此，可以看出这种方法将高频处的光学噪声平移到了低频处。式（1）中，在低频处的量子噪声是在高频处量子噪声的线性叠加。其比重是完全取决于local场中所对应的频率成分的比例。 3 实验操作 一束单频激光分割成两部分，光强为100uW和1mW。功率较大的作为local光，用频率5MHz信号调制。在50：50的分束器上与弱信号场进行干涉。将相对相位锁定为0，第二个分束器输出光进入平衡探测装置。随后将探测到的光电流信号送入谱仪进行分析。信号光的振幅噪声通过开关相位调制器进行测量的，如图3所示，信号光的噪声只是高于散粒噪声基准几个分贝。通过对local光进行相位调制，使得local有了多个频率成分。该光束一小部分进入一个F-P共焦腔，探测到的频率成分比如图2，光功率的分布为：2P:2P：P=0.2：0.64:0.16，因此，0阶占总功率的16%。根据式（1），通过计算所探测的光电流方差：V（w）=0.16V+0.84V，这与上述理论结果是一致的。 图2 用强度为23.94dBm的调制信号对光纤调制器调制的效果图图3 实验测试与分析图 如图3所示，曲线（a）是弱激光的噪声，曲线(c)是散粒噪声，曲线(b1)是本底光调制后实验测量结果，粉色曲线(b2)是曲线(a)和曲线(c)的线性叠加。由此可以看出，实验和理论值是非常吻合的。 此部分工作是由中国国家自然科学基金No.11174189和 No.60978008以及中国国家重点基础研究项目NO.2010cb923102的共同资助下完成的。 【参考文献】 ［１］Coherent Control of Vacuum Squeezing in the Gravitational-Wave Detection Band[Z]． ［２］A quantum-enhanced prototype gravitational-wave detector[Z]． ［３］Kirk McKenzie，Malcolm B·Gray，Ping Koy Lam，and David E·McClelland． “Technical limitations to homodyne detection at audio frequencies”[J]．App．Opt．46，3389-2295(2007)． ［４］H Vahlbruch，S Chelkowski，K Danzmann and R Schnabel，“Quantum engineering of squeezed states for quantum communication and metrology”[J]．New J. of Phys．9，371- (2007)． ［５］Zehui Zhai and Jiangrui Gao，“Low-frequency phase measurement with high-frequency squeezing”[J]．21, Opt. Expr. 9947-9959(2013). ［责任编辑：薛俊歌］ 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/b15f02e3866a561252d380eb6294dd88d0d23dd2.html