高壓功率放大器在量子噪聲鎖定實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：量子噪聲鎖定實(shí)驗(yàn)
測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、示波器、激光器、光電探測(cè)器、頻譜分析儀、帶通濾波器、低通濾波器、壓電陶瓷等。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程：
圖1：量子噪聲饋定真空壓縮光相位裝置圖。利用波長(zhǎng)為532nm的綠光泵浦雙波長(zhǎng)共振的OPO腔產(chǎn)生波長(zhǎng)為1064nm的真空化縮光，平衡零拍方法測(cè)量壓縮光噪聲，巧到的真空化縮光噪聲信號(hào)通過(guò)頻譜儀和鎖相放大器組成的反饋回路實(shí)現(xiàn)對(duì)平衡零拍相位的鎖定。Laser：全固化單頻倍頻Nd：YV04/KTP激光器，輸出波長(zhǎng)為1064nm與532nm，PD1/PD2：光電探測(cè)器，SA：型號(hào)為頻譜分析儀，BPS：帶通濾波器，ED：包絡(luò)探測(cè)器，LPF：低通濾皮器，HV：高壓放大器，PZT：壓電陶瓷。
量子噪聲鎖定壓縮光在平衡零拍探測(cè)中的相位實(shí)驗(yàn)過(guò)程圖如圖1所示。上半部分為光路部分，下半部分為電路部分。首先要制備壓縮光，全固化單頻倍頻Nd：YV04/KTP激光器輸出波長(zhǎng)為1064nm紅外與532nm綠光分別作為平衡零拍探測(cè)的本底振蕩光和OPO腔的泵浦光，制備真空壓縮光，頻譜分析儀測(cè)得的壓縮光噪聲曲線(xiàn)為圖2中的（a）曲線(xiàn)，（b）曲線(xiàn)為散粒噪聲基準(zhǔn)。頻譜儀的參數(shù)選擇為頻率2MHz，Span為零，探測(cè)分辨率帶寬為300kHz，顯示帶寬為30kHz，掃描周期Sweep為533.6ms。從圖中可以看出光場(chǎng)在頻率為2MHz處獲得了約為2dB的壓縮和4.5dB她的反壓縮。
圖2：頻譜儀在2MHz處的壓縮光噪聲圖。（a）線(xiàn)為壓縮光噪聲，（b）線(xiàn)為散粒噪聲基準(zhǔn)。在2MHz處獲得了壓縮度為2dB的真空壓縮光。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
圖3：實(shí)驗(yàn)中示波器監(jiān)測(cè)的誤差信號(hào)與經(jīng)頻譜儀解調(diào)輸出的噪聲信號(hào)，藍(lán)色較粗的曲線(xiàn)為噪聲信號(hào)，黃色較光滑的為誤差信號(hào)，誤差信號(hào)在零點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的噪聲巧線(xiàn)值為最大值或最小值，即對(duì)應(yīng)的為光場(chǎng)的反壓縮態(tài)與壓縮態(tài)。與理論值符合較好。
頻譜儀測(cè)量到的壓縮光強(qiáng)度噪聲信號(hào)在頻譜儀內(nèi)經(jīng)解調(diào)濾波后輸入到鎖相放大器，如圖1中的SA部分所示，圖3中較粗的藍(lán)色曲線(xiàn)就是示波器監(jiān)視的頻譜儀輸出信號(hào)。鎖相放大器輸出的頻率為30kHz的調(diào)制信號(hào)加載到本底光路中反射鏡上的壓電陶瓷上，相當(dāng)于給本底光加了一個(gè)相位調(diào)制信號(hào)。這個(gè)裝在反射鏡上的壓電陶瓷同樣應(yīng)用在量子噪聲鎖定的反饋回路中。圖3中的較光滑的黃色曲線(xiàn)就是示波器監(jiān)視的誤差信號(hào)，它可以通過(guò)調(diào)節(jié)鎖相放大器的參數(shù)得到優(yōu)化。最后將誤差輸入到高壓放大器內(nèi)，再經(jīng)過(guò)高壓放大器的輸出反饋到安裝在鏡架上的PZT實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮光相位的鎖定。鎖定相位后頻譜儀測(cè)得的頻率在2MHz的壓縮光噪聲曲線(xiàn)分別如圖5A和圖5B所示，實(shí)驗(yàn)上觀察到利用量子噪聲鎖定壓縮光相位時(shí)，鎖定壓縮的穩(wěn)定性要高于鎖定反壓縮。
圖4：低頻頻譜儀測(cè)量的壓縮光相位鎖定之后的噪聲曲線(xiàn)。曲線(xiàn)（ａ）為散粒噪岸基準(zhǔn)，曲線(xiàn)（b）為鎖定的壓縮噪聲曲線(xiàn)。
利用量子噪聲法鎖定平衡零拍探測(cè)中的壓縮光相位之后，壓縮光低頻段的噪聲通過(guò)低頻頻譜分析儀測(cè)量。測(cè)得的低頻處的壓縮光噪聲如圖4所示。圖中曲線(xiàn)（ａ）為散粒噪聲基準(zhǔn)，曲線(xiàn)（b）為鎖定的壓縮噪聲曲線(xiàn)。可以看出，在利用量子噪聲法鎖定了平衡零拍探測(cè)中的壓縮光相位后，在頻率高于3kHz的頻段都可以觀察到壓縮。
圖5：頻譜儀量子噪聲鎖定真空壓縮光效果圖，Ａ、Ｂ中（a）、（b）曲線(xiàn)分別為壓縮光噪聲和散粒噪聲基準(zhǔn)，（c）曲線(xiàn)分別為鎖定相位的壓縮和反壓縮噪聲。實(shí)驗(yàn)上鎖定壓縮態(tài)相位的穩(wěn)定性要高于鎖定反壓縮態(tài)。
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圖：ATA-4315高壓功率放大器指標(biāo)參數(shù)
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