高压放大器在磁敏感自旋波光与原子纠缠源研究中的应用
实验名称：基于磁敏感自旋波长寿命光与原子纠缠源的制备
测试设备：高压放大器、函数发生器、功率放大器、电光调制器、激光器、光隔离器位相延迟器、压电陶瓷等。
实验过程：
图1：利用PDH锁频装置图
注：Laser：激光器，ISO：光隔离器，EOM：电光调制器，Poweramp：功率放大器，Oscillator：函数发生器，DelayBox：位相延迟器，Mixer：混频器，HP：高通滤波器，LP：低通滤波器，PID：比例积分器，HV：高压放大器，Detector：探测器，PZT：压电陶瓷。
制作好的模式清洁器使用PDH锁频，如图1所示，首先借助饱和吸收装载将激光器频率锁定在原子跃迁线上，一束特定频率的激光经激光器出射后，穿过隔离器(ISO)、电光调制器(EOM)、透镜后，从镜M2中心进入三镜腔。激光经过透镜后进入腔内的腰斑半径与三镜腔的腰斑半径匹配，一束微弱光从凹面镜M3中透射出来被探测器接收，并将探测到腔模式的信息转化为电信号通过高通滤波器进入混频器，函数发生器(Oscillator)输出的正弦波信号分为两束，一束信号被功率放大器(Poweramp)放大信号输出至电光调制器(EOM)，对激光施加相位调制。一束信号被位相延迟器(DelayBox)进行相位延迟后进入混频器(Mixer)，与探测器的电信号一起进行交流信号混频，信号混频后被低通滤波器滤掉高频成分后提取出误差信号，较弱的误差信号进入比例积分器(PID)进行优化，通过调节位相延迟器和PID参数优化好误差信号后经过高压放大器放大反馈给压电陶瓷，压电陶瓷带动腔镜M3高频振动，进而改变腔长使激光与三镜腔腔模共振，实现模式清洁器的锁定。经过实测，模式清洁器的透射光效率为55%，再通过两个滤波器，可以将写读光中非相干光滤除，提高单光子测量的信噪比。
实验结果：
图2：磁敏感自旋波恢复效率随存储时间的变化
如图2所示是磁敏感自旋波恢复效率随存储时间的变化关系。在实验中，Stokes光子在光路中传播到单光子探测器中总的探测效率η=22.8%，每次探测到N个Stokes光子，单光子探测器DS1和DS2与DAS1和DAS2符合计数值为NAS，可以计算出恢复效率γ。为了使磁敏感态自旋波的存储寿命达到最佳效果，在实验前就依据恢复效率随存储时间的振荡变化为参考标准，调节地磁场线圈中电流对环境磁场进行精确补偿。精确补偿环境磁场后的磁敏感自旋波恢复效率随存储时间的关系如图2所示，从图中可以知道，恢复效率γ0在存储时间t0=0时为15.8%，恢复效率为γ1在存储时间t1=900μs时为5.85%，恢复效率在存储时间的不断提高情况下有降低的趋势。根据拟合函数得到存储1/e的存储寿命为t0=900μs。
图3：参量S随存储时间的变化
为了探究光与原子的纠缠度与存储时间的关系，我们在不同的存储时间下对Bell参数S进行了测量。通过测量Bell参数S和Clauser-Horne-Shimony-Holt(CHSH)不等式来判断是否产生纠缠光子对是实验上常常采用的方法。图3中红色圆点表示我们在不同存储时间t下测量的Bell参数S值，当存储时间t=0时，系统的Bell参数S=2.58±0.03违反了贝尔不等式19.3个标准差，当存储时间t=900μs时，系统的Bell参数S=2.10±0.03违反了贝尔不等式3.3个标准差，系统Bell参数S值随着存储时间t的增加而降低。
高压放大器推荐：ATA-7050
图：ATA-7050高压放大器指标参数
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