模式清潔器的噪聲轉(zhuǎn)化與輸出場噪聲分析

王曉慧，閆紅梅，楊文廣，景明勇，張好，張臨杰

（山西大學激光光譜研究所 量子光學與光量子器件國家重點實驗室，太原 030006）

0 引言

外腔半導(dǎo)體激光器是現(xiàn)代物理學實驗中廣泛應(yīng)用的光源之一，在量子精密測量中將被測物理量映射到激光的振幅、頻率、相位等參數(shù)，因此在相敏放大和干涉相位測量［1］應(yīng)用中，研究半導(dǎo)體激光器的相位、振幅噪聲具有重要意義。利用諧振腔構(gòu)建的激光模式清潔器可以改善激光光束的模式和指向性，提高光束質(zhì)量［2-4］。近年來，模式清潔器被廣泛應(yīng)用于精密測量［5］、量子通信［6-9］、量子計算［10］、量子密鑰分配［11］及引力波探測［12-15］等研究領(lǐng)域。例如激光陀螺儀應(yīng)用中，利用超穩(wěn)腔實現(xiàn)了透射光場中頻率大于諧振腔線寬的高頻噪聲良好抑制，可得到超穩(wěn)窄線寬激光［16-18］。在引力波探測應(yīng)用中對于諧振腔的反射光場，在自由光譜范圍內(nèi)諧振腔相當于高通濾波器［19-21］，腔線寬以內(nèi)的低頻噪聲被抑制。通過操控壓縮光噪聲的方位角，最終制備了頻率依賴的壓縮真空態(tài)，實現(xiàn)了全頻段量子噪聲抑制［22-23］。通過高精細度濾波腔可實現(xiàn)相位噪聲達到散粒噪聲基準的mW 量級激光輸出［24-25］。針對諧振腔的噪聲傳輸特性研究包括：山西大學研究小組［26］根據(jù)阻抗匹配因子的取值范圍將諧振腔分為過耦合腔、阻抗匹配腔與欠耦合腔三種，理論分析了三種光學諧振腔的功率波動、反射光場的相位與振幅隨失諧量的變化關(guān)系，最終證實光學諧振腔具有激光強度傳輸、噪聲轉(zhuǎn)化等特性。……