摘 要

在量子光学快速发展的今天，纠缠态光场作为量子通信、量子密钥分发等先进方案成功实施的基础越来越得到科学家们的重视，光场的压缩度更是关键中的关键，因此不但要制备纠缠光场,对于压缩度的测量也至关重要。

本文主要有以下部分组成：

第一，简要介绍了光学的发展历程引出了压缩态光场、纠缠态光场等概念。第二，以各部分实验器材在系统中的作用介绍了平衡零拍探测系统的工作原理，同时介绍了实验中使用的经典态和纠缠态激光源的参数。第三，记录了实验室中调试纠缠态激光源以及平衡零拍探测平台的过程，测量了目标光场，对数据进行了分析。第四，对实验进行了总结进一步提出了改进方法，同时就量子光学进行了展望。最后对于本次论文中帮助我们的老师和学校进行了感谢。

关键词： 纠缠态光场 平衡零拍探测 量子光源

Research on low noise photodetector and its application

in quantum light source

ABSTRACT

With the rapid development of quantum optics, entangled light field as the key point of the quantum communication and distribution is getting more and more attention. The compression degree of the light field is the top priority, so it is important to the prepare the Entangled light field, meanwhile the measurement for the compression degree is also crucial.

Firstly, the paper introduces the development of optics and the concept of compressed state optical field. Secondly, we introduce the principle of balanced homodyne detection system and the laser used in experiment. Thirdly，the process of debugging laser source and balanced homodyne detection system in the laboratory was recorded. The target light field was measured and both the data and the error were analyzed. Fourthly, the experiment was summarized, and we improved the experiment. Finally, we thank our teachers and schools for helping us in this paper.

Keyword: Balanced homodyne detection; Entangled light field; Quantum optics

目 录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章：绪论 1

1.1引言 1

1.2 光的压缩态 2

1.3 光的纠缠态 2

1.4论文的主要内容 3

第二章：平衡零拍探测系统 4

2.1平衡零拍探测系统用于测试量子压缩态的物理原理 4

2.2 两种平衡零拍探测 5

1. 空间型平衡零拍探测 6

2. 光纤型平衡零拍探测 6

2.3实验中使用的激光源 6

1. 经典态激光源 6

2. 纠缠态激光源 7

第三章 平衡零拍探测系统的搭建与检验 9

3.1 纠缠源的调试 9

1 OPA增益的调节与腔的锁定 10

2 OPA 腔参量反放大状态及π/2锁定 12

3.2空间型纠缠光的平衡零拍探测 13

1 探测方法及仪器的使用 14

2 实验过程记录 14

3 实验的改进 16

3.3光纤型平衡零拍探测系统的检验 17

1. 分束器检验 18

2. 直流检验 19

3. 交流检验 20

4. 检验结果 22

3.4 实验中遇到的问题与解决方案 23

第四章 实验的总结与展望 25

参考文献： 26

致谢 28

第一章：绪论

1.1引言

人类在对于外部世界的认识中光起了重要作用，我们也一直在竭尽所能探索这个工具的本质和奥秘。伴随着一个个伟大科学家做出的杰出贡献，人们对于光的探索由浅至深。从最初的几何光学发展到物理光学，再到进一步发展至量子光学，这些认识的发展经历了漫长而又坎坷的探索过程。

大约在十七世纪人们时一些科学家对于光的本质就提出了许多设想，同时也做了许多这方面的研究。牛顿在结合太阳光谱、牛顿环和光沿直线传播法则的特征后提出了光是微粒流的假设。而惠更斯则不同，他提出的假设为光是机械波。但与此同时对于光的干涉和衍射的问题还无法解决，直到提出了惠更斯——菲涅尔原理这个问题才被解决。但此时还有一个决定性问题没有解决：光为什么可以在真空中传播？一个称为“以太”的概念出现了，“以太”这个概念最先是由亚里士多德所提出，而牛顿也用了“以太”这个概念来解释为什么引力可以在真空中传播，同时在十九世纪大多数的科学家也认为光、电、磁的传播具有相同的载体“以太”。那事实真的是这样吗？其中有一部分科学家也持怀疑态度。对于以太存在性科学家们的争论一直没有停止，直到1887年在美国克利夫兰的两位科学家用自己的实验对“以太”的存在做了有力抨击。迈克尔孙和莫雷在实验室使用了自己发明的迈克尔孙干涉仪测量了两垂直光的光速差值，他们发现光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的，从而否决了“以太”的存在。这个著名的实验动让许多科学家大吃一惊，从而怀疑起了经典物理学的完备性，同时这个实验也成为了现代物理学的开端。

于此同时物理学的另一位重量级角色量子学也在萌发。在1900年普朗克在研究黑体辐射时提出了普朗克公式，普朗克在一段时间的探索后发现能量的吸收和辐射并不是连续的，如果能量是以量子的形式进行传输的就可以完美解释黑体辐射公式。而在1905年默默无闻爱因斯坦根据普朗克的量子假说解决了光电效应，第一次提出了光量子的概念，从而夺得诺贝尔奖一鸣惊人。此时科学家们才开始慢慢接受量子学，但有一部分经典物理学家还是认为量子学是谬误，经典物理和量子物理的争论一直在持续。不可否认量子学对于人类科技的进步起了至关重要的作用，量子力学也起到了人类科学放大镜的作用，人们对于自然的认识也从宏观飞跃到了微观。在1960年根据量子论而建成的第一台红宝石激光器也标志着量子光学从理论阶段正式跨入了实验阶段。
1.2压缩态光场

对于一个统计系统，我们通常用标准差来研究该系统的特性，标准差能代表系统的偏离程度，即起伏涨落。量子噪声又称为量子起伏，在研究激光器时激光器的噪声是不可避免的因素，噪声影响了激光器的品质。散粒噪声极限为理想状态下噪声所能达到的最低值，而在实际情况下因为外界噪声因素或机器本身由于运转而造成的系统噪声或热噪声使得激光器的噪声远大于散粒噪声极限。科学家们都在竭尽可能突破散粒噪声极限，寻找起伏更低更加安静的光源。随着科技的快速发展人们对于光通信，光学测量等技术的研究不断深入，但是由于散粒噪声极限的存在使这些技术的精确度很难提高。随着研究的发展科学家们发现压缩态光场是解决此类问题最有效的办法。

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