發(fā)布時間：2019-02-27 09:26

【摘要】：干涉儀從誕生起,就被廣泛的應(yīng)用在各種參數(shù)的測量上,成為精密測量最為重要的工具之一。很多量子光學(xué)和原子光學(xué)的最新研究進(jìn)展都已經(jīng)被用于改進(jìn)干涉儀的測量精度。1986年B.Yurke等人在理論上提出可以利用參量放大過程或者四波混頻過程代替?zhèn)鹘y(tǒng)干涉儀中的光束分束器實(shí)現(xiàn)SU(1,1)干涉儀,它的相位靈敏度能突破經(jīng)典測量極限,達(dá)到海森堡極限,能極大改善干涉儀的測量精度。而原子系綜的拉曼散射過程跟參量放大過程有著幾乎相同的哈密頓量,其產(chǎn)生的斯托克斯光場和原子自旋波分別等效于參量放大過程中的信號光場和閑置光場,因此我們提出用拉曼過程代替參量放大過程作為分束器,實(shí)現(xiàn)光-原子混合干涉儀。我們可以利用原子系綜的受激拉曼放大過程代替?zhèn)鹘y(tǒng)干涉儀的分束器,對入射光場進(jìn)行放大并產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的原子自旋波,實(shí)現(xiàn)光和原子的分束過程,再將產(chǎn)生的斯托克斯光場和原子自旋波作為探針各自耦合各種待測物理量,最后可以采用一種相敏的拉曼散射過程完成光場和原子的合束。高精度的光—原子混合干涉儀首先需要一個強(qiáng)度穩(wěn)定,相干性好,與拉曼泵浦光雙光子共振的入射光場。另外,目前國際上已有的基于種子光的受激拉曼散射過程或者基于原子自旋波的增強(qiáng)拉曼散射過程可以實(shí)現(xiàn)光-原子混合干涉儀中的分束功能,但仍需要一種新型的相敏的拉曼散射過程來實(shí)現(xiàn)合束過程。針對上述情況,我們開展了三個方面的研究并總結(jié)結(jié)果如下：1.制備強(qiáng)度穩(wěn)定,相干性好,與拉曼泵浦光頻率之間滿足雙光子共振的干涉儀輸入場。我們在熱的銣87(Rb87)原子系綜中,我們利用相干反饋過程實(shí)現(xiàn)了低功率下高效的拉曼散射轉(zhuǎn)化,產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化光和拉曼泵浦光滿足雙光子共振條件,并且具有很好的相干特性,可以作為光-原子混合干涉儀的輸入信號。在這個過程中,拉曼泵浦光轉(zhuǎn)化為斯托克斯光的效率可達(dá)40-50%,轉(zhuǎn)化為反斯托克斯光的效率也達(dá)到20-30%。這部分內(nèi)容將在本文的第二章中詳細(xì)介紹。2.我們實(shí)現(xiàn)了一種新型的關(guān)聯(lián)增強(qiáng)相位靈敏的拉曼散射,可以作為干涉儀的合束過程。這種新型拉曼散射是利用拉曼散射過程對光場和原子自旋波之間的相對相位比較敏感的特性來實(shí)現(xiàn)的。從本質(zhì)上講,是利用注入的斯托克斯種子光和原子自旋波各自產(chǎn)生的放大光場的干涉來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng),當(dāng)斯托克斯種子光和原子自旋波相位處在相長干涉時,關(guān)聯(lián)增強(qiáng)相位靈敏拉曼散射的轉(zhuǎn)化效率比自發(fā)拉曼散射、受激拉曼散射和相干增強(qiáng)拉曼散射的效率高很多。這種新型的拉曼散射過程由于其相敏的特性可以用來實(shí)現(xiàn)光-原子混合干涉儀的合束。這部分內(nèi)容將在本文的第三章中進(jìn)行詳細(xì)介紹。3.基于前面的理論和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果,我們用兩個拉曼散射過程構(gòu)成了一種新型的光-原子混合干涉儀。受激或者增強(qiáng)拉曼散射過程產(chǎn)生的斯托克斯光和原子自旋波之間有相位和強(qiáng)度的關(guān)聯(lián),作為干涉儀的分束過程,關(guān)聯(lián)增強(qiáng)相位靈敏的拉曼散射作為合束過程,實(shí)現(xiàn)光-原子混合干涉儀。這種非線性光-原子干涉儀不同于傳統(tǒng)的全光干涉儀和原子干涉儀,它的干涉輸出信號既對光場相位敏感,也對原子相位敏感。而且作為干涉臂的斯托克斯光場和原子自旋波之間有量子關(guān)聯(lián),從理論上來講,它可以得到比線性干涉儀更高的信噪比,有更高的相位靈敏度。另外,我們分析了這種光—原子混合干涉儀的內(nèi)部損耗對干涉儀靈敏度的影響。這部分內(nèi)容將在本文的第四章中進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH744.3

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本文編號：2431329