實(shí)驗(yàn)名稱：基于磁敏感自旋波長壽命光與原子糾纏源的制備

　　測試設(shè)備：高壓放大器、函數(shù)發(fā)生器、功率放大器、電光調(diào)制器、激光器、光隔離器位相延遲器、壓電陶瓷等。

　　實(shí)驗(yàn)過程：

　　圖1：利用PDH鎖頻裝置圖

　　注：Laser：激光器，ISO：光隔離器，EOM：電光調(diào)制器，Poweramp：功率放大器，Oscillator：函數(shù)發(fā)生器，DelayBox：位相延遲器，Mixer：混頻器，HP：高通濾波器，LP：低通濾波器，PID：比例積分器，HV：高壓放大器，Detector：探測器，PZT：壓電陶瓷。

　　制作好的模式清潔器使用PDH鎖頻，如圖1所示，首先借助飽和吸收裝載將激光器頻率鎖定在原子躍遷線上，一束特定頻率的激光經(jīng)激光器出射后，穿過隔離器(ISO)、電光調(diào)制器(EOM)、透鏡后，從鏡M2中心進(jìn)入三鏡腔。激光經(jīng)過透鏡后進(jìn)入腔內(nèi)的腰斑半徑與三鏡腔的腰斑半徑匹配，一束微弱光從凹面鏡M3中透射出來被探測器接收，并將探測到腔模式的信息轉(zhuǎn)化為電信號通過高通濾波器進(jìn)入混頻器，函數(shù)發(fā)生器(Oscillator)輸出的正弦波信號分為兩束，一束信號被功率放大器(Poweramp)放大信號輸出至電光調(diào)制器(EOM)，對激光施加相位調(diào)制。一束信號被位相延遲器(DelayBox)進(jìn)行相位延遲后進(jìn)入混頻器(Mixer)，與探測器的電信號一起進(jìn)行交流信號混頻，信號混頻后被低通濾波器濾掉高頻成分后提取出誤差信號，較弱的誤差信號進(jìn)入比例積分器(PID)進(jìn)行優(yōu)化，通過調(diào)節(jié)位相延遲器和PID參數(shù)優(yōu)化好誤差信號后經(jīng)過高壓放大器放大反饋給壓電陶瓷，壓電陶瓷帶動(dòng)腔鏡M3高頻振動(dòng)，進(jìn)而改變腔長使激光與三鏡腔腔模共振，實(shí)現(xiàn)模式清潔器的鎖定。經(jīng)過實(shí)測，模式清潔器的透射光效率為55%，再通過兩個(gè)濾波器，可以將寫讀光中非相干光濾除，提高單光子測量的信噪比。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

　　圖2：磁敏感自旋波恢復(fù)效率隨存儲(chǔ)時(shí)間的變化

　　如圖2所示是磁敏感自旋波恢復(fù)效率隨存儲(chǔ)時(shí)間的變化關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)中，Stokes光子在光路中傳播到單光子探測器中總的探測效率η=22.8%，每次探測到N個(gè)Stokes光子，單光子探測器DS1和DS2與DAS1和DAS2符合計(jì)數(shù)值為NAS，可以計(jì)算出恢復(fù)效率γ。為了使磁敏感態(tài)自旋波的存儲(chǔ)壽命達(dá)到最佳效果，在實(shí)驗(yàn)前就依據(jù)恢復(fù)效率隨存儲(chǔ)時(shí)間的振蕩變化為參考標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)地磁場線圈中電流對環(huán)境磁場進(jìn)行精確補(bǔ)償。精確補(bǔ)償環(huán)境磁場后的磁敏感自旋波恢復(fù)效率隨存儲(chǔ)時(shí)間的關(guān)系如圖2所示，從圖中可以知道，恢復(fù)效率γ0在存儲(chǔ)時(shí)間t0=0時(shí)為15.8%，恢復(fù)效率為γ1在存儲(chǔ)時(shí)間t1=900μs時(shí)為5.85%，恢復(fù)效率在存儲(chǔ)時(shí)間的不斷提高情況下有降低的趨勢。根據(jù)擬合函數(shù)得到存儲(chǔ)1/e的存儲(chǔ)壽命為t0=900μs。

　　圖3：參量S隨存儲(chǔ)時(shí)間的變化

　　為了探究光與原子的糾纏度與存儲(chǔ)時(shí)間的關(guān)系，我們在不同的存儲(chǔ)時(shí)間下對Bell參數(shù)S進(jìn)行了測量。通過測量Bell參數(shù)S和Clauser-Horne-Shimony-Holt(CHSH)不等式來判斷是否產(chǎn)生糾纏光子對是實(shí)驗(yàn)上常常采用的方法。圖3中紅色圓點(diǎn)表示我們在不同存儲(chǔ)時(shí)間t下測量的Bell參數(shù)S值，當(dāng)存儲(chǔ)時(shí)間t=0時(shí)，系統(tǒng)的Bell參數(shù)S=2.58±0.03違反了貝爾不等式19.3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，當(dāng)存儲(chǔ)時(shí)間t=900μs時(shí)，系統(tǒng)的Bell參數(shù)S=2.10±0.03違反了貝爾不等式3.3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，系統(tǒng)Bell參數(shù)S值隨著存儲(chǔ)時(shí)間t的增加而降低。

　　高壓放大器推薦：ATA-7050

　　圖：ATA-7050高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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