實驗名稱：基于磁敏感自旋波長壽命光與原子糾纏源的制備

測試設備：高壓放大器、函數發生器、電光調制器、激光器、光隔離器位相延遲器、壓電陶瓷等。

實驗過程：

圖1：利用PDH鎖頻裝置圖

注：Laser：激光器，ISO：光隔離器，EOM：電光調制器，Poweramp：功率放大器，Oscillator：函數發生器，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激光器出射后，穿過隔離器(ISO)、電光調制器(EOM)、透鏡后，從鏡M2中心進入三鏡腔。激光經過透鏡后進入腔內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化為電信號通過高通濾波器進入混頻器，函數發生器(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制器(EOM)，對激光施加相位調制。一束信號被位相延遲器(DelayBox)進行相位延遲后進入混頻器(Mixer)，與探測器的電信號一起進行交流信號混頻，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，較弱的誤差信號進入比例積分器(PID)進行優化，通過調節位相延遲器和PID參數優化好誤差信號后經過高壓放大器放大反饋給壓電陶瓷，壓電陶瓷帶動腔鏡M3高頻振動，進而改變腔長使激光與三鏡腔腔模共振，實現模式清潔器的鎖定。經過實測，模式清潔器的透射光效率為55%，再通過兩個濾波器，可以將寫讀光中非相干光濾除，提高單光子測量的信噪比。

實驗結果：

圖2：磁敏感自旋波恢復效率隨存儲時間的變化

如圖2所示是磁敏感自旋波恢復效率隨存儲時間的變化關系。在實驗中，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Stokes光子，單光子探測器DS1和DS2與DAS1和DAS2符合計數值為NAS，可以計算出恢復效率γ。為了使磁敏感態自旋波的存儲壽命達到最佳效果，在實驗前就依據恢復效率隨存儲時間的振蕩變化為參考標準，調節地磁場線圈中電流對環境磁場進行精確補償。精確補償環境磁場后的磁敏感自旋波恢復效率隨存儲時間的關系如圖2所示，從圖中可以知道，恢復效率γ0在存儲時間t0=0時為15.8%，恢復效率為γ1在存儲時間t1=900μs時為5.85%，恢復效率在存儲時間的不斷提高情況下有降低的趨勢。根據擬合函數得到存儲1/e的存儲壽命為t0=900μs。

圖3：參量S隨存儲時間的變化

為了探究光與原子的糾纏度與存儲時間的關系，我們在不同的存儲時間下對Bell參數S進行了測量。通過測量Bell參數S和Clauser-Horne-Shimony-Holt(CHSH)不等式來判斷是否產生糾纏光子對是實驗上常常采用的方法。圖3中紅色圓點表示我們在不同存儲時間t下測量的Bell參數S值，當存儲時間t=0時，系統的Bell參數S=2.58±0.03違反了貝爾不等式19.3個標準差，當存儲時間t=900μs時，系統的Bell參數S=2.10±0.03違反了貝爾不等式3.3個標準差，系統Bell參數S值隨著存儲時間t的增加而降低。

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圖：ATA-7050高壓放大器指標參數

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審核編輯 黃宇