超高精细度光纤法珀微腔的实验制备与应用研究

论文摘要

法布里珀罗谐振腔最主要的两个特点是有效增加光场强度和良好的波长选择特性,已经被广泛应用在光谱、激光、通信以及传感、精密测量等科学研究和工程技术领域。而基于光纤的超高精细度的法布里珀罗微腔还具有小的尺寸易于集成、直接的光纤耦合传输、极小的模式体积以及良好的可调谐性等特点,能有效增强腔内光场和物质的相互作用,具有purcell增强效应,可以做强耦合,是诸如原子、离子、机械振子、量子点、色心等多个不同量子体系的重要研究工具。同时,超高精细度光纤法珀腔作为一种光纤传感器件,在新型传感领域具有重要的应用价值。本文主要研究超高精细度光纤法珀微腔的实验制备技术,同时将这个技术应用在传感以及离子阱的量子信息实验中。本文的主要内容包括:1.国内首次搭建一套基于二氧化碳气体激光器的加工超光滑微型镜面的实验装置,利用销蚀和热回流的原理,可与完成对不同种类型的光纤端面以及玻璃表面进行多种超光滑面型（球面镜,椭球面镜,透镜阵列）的加工,可以得到表面粗糙度0.2nm,即原子起伏量级的极限光滑精度,制备的球面镜的曲率半径范围为30微米到600微米。2.完成超高精细度光纤法珀微腔制备的一整套工艺流程,包括多种镀膜工艺,样品表征测试,搭建微腔测试系统,完成微腔的腔长锁定实验等,腔的精细度达到156000@739nm,线宽10MHz。这些技术储备,对超高精细度光纤法珀微腔的实用奠定了重要的基础。3.实验制备了偏振非简并的光纤法布里珀罗微腔,并且模式的劈裂可调谐范围到GHz量级,这种新型的非简并法珀腔实现了腔内光子的偏振自由度的操控,可以应用在诸如原子、离子阱、色心、腔机械等多个实验系统中。4.实验制备了高灵敏度的光纤气泡微腔用于应变传感,传感的精度比同类型的传感器件高一个量级,达到56.69pm/με。5.完成紫外波长段369nm光纤法珀微腔的实验制备,结合离子阱用于Yb+中2P1/2能级到2S1/2能级的跃迁的光子的收集,基于腔和离子参数的理论计算表明,Purcell因子可以增强到大于2.5,单模光纤的收集效率也大于10%,光纤腔和离子阱结合的这项技术可以制备超亮的单光子源等,为构建量子网络具有重要意义。

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文章来源

类型: 博士论文

作者: 周坤

导师: 李传锋,黄运锋

关键词: 超高精细度,光纤法珀腔,偏振非简并,应变传感,腔量子电动力学,离子阱

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 中国科学技术大学

分类号: TN253

总页数: 103

文件大小: 8716K

下载量: 201

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