Ruidos y resolución máxima de configuración interferométrica de auto-referencia basada en la memoria cuántica de transiciones ópticas en acetileno
| Autor: | JORDAN ISRAEL DIAZ ALVAREZ |
|---|---|
| Přispěvatelé: | SERGUEI STEPANOV |
| Jazyk: | Spanish; Castilian |
| Rok vydání: | 2021 |
| Předmět: | |
| Zdroj: | Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada CICESE Repositorio Institucional CICESE |
| Popis: | En este trabajo se investigaron las fuentes de ruido y los límites de resolución de un interferómetro de auto-referencia para la detección de modulaciones de fase ópticas basado en el uso de líneas de absorción delgadas del gas acetileno (C2H2). En esta configuración, el proceso de transformación de la modulación de fase en modulación de intensidad se logra aprovechando la dispersión en las pendientes de la línea de absorción del medio. En los experimentos reportados, la demodulación de fase se realizó con una celda comercial de volumen con acetileno a una presión del gas de 4 Torr. Se usó la línea de absorción P9 situada a la longitud de onda de 1530.37 nm, con luz de onda continua a potencias ópticas de ∼1 mW de láseres semiconductores con anchos de línea de 2 MHz y 10-15 kHz. La respuesta del demodulador a modulaciones de fase demostró una operación lineal al sintonizar la longitud de onda del láser a las pendientes de la línea de absorción y cuadrática al sintonizar el centro de la línea. La respuesta lineal presenta una función de transferencia del tipo pasa-altas con una frecuencia de corte de 250 MHz, la cual queda determinada por el ancho espectral de la línea de absorción usada (≈500 MHz). Mientras que el ruido de intensidad de los láseres se reduce al nivel de ruido fotónico a frecuencias >250 MHz, la resolución del demodulador (i.e. la mínima amplitud de modulación de fase detectable) se ve significativamente afectada por un exceso de ruido de fase de láser transformado a ruido de intensidad por el demodulador. El funcionamiento del demodulador con el láser con ancho de línea mayor se ve más afectado, mostrando una deficiencia en la resolución de ≈41 veces en comparación con la resolución mínima impuesta por el ruido fotónico. La resolución alcanzada con el láser de menor ancho de línea resultó tener una deficiencia de apenas ≈ 7 veces. Para reducir el ruido total de salida del demodulador proponemos y se analiza la técnica de detección balanceada la cual nos permitió reducir el ruido total de salida a ∼2 veces por encima del nivel de ruido fotónico. Se consideran también otras posibles alternativas para mejorar la resolución al límite convencional cuántico, así como la opciones de utilizar estados de luz no clásica. We investigate the noise sources and the resolution limits in a self-referenced interferometer for detection of optical phase modulation that is based on the utilization of narrow absorption lines of acetylene (C2H2). Transformation of the phase modulation into intensity modulation is ensured in this configuration by using the dispersion at the slopes of the absorption line of the medium. In the reported experiments, phase demodulation was investigated with a commercial bulk acetylene cuvette at a gas pressure of 4 Torr. The P9 absorption line at the 1530.37 nm wavelength was excited with ∼1 mW of continous-wave semiconductor lasers with the emission linewidths of 2 MHz and 10-15 kHz. The demodulator response to phase modulations demonstrated a linear response when the laser wavelength was tuned to the sides of the absorption line and a quadratic response when tuned to the center of the line. The linear response showed a transfer function of a high-pass type with a cut-off frequency of 250 MHz, imposed by the spectral width of the utilized absorption line (≈500 MHz). Whereas the intensity noise of both lasers reduces to the photonic noise level at frequencies >250 MHz, the resolution of the demodulator (i.e. the minimum detectable amplitude of a phase modulation) is significantly affected by an excess of the laser phase noise transformed into intensity noise in the demodulator itself. Performance of the demodulator with the broad linewidth laser was found to be more affected, reaching a resolution ≈41 times worse than the limit determined by the photonic noise. The resolution ensured by the laser with a smaller linewidth proved to be only ≈7 times worse. In order to reduce the total output noise of the demodulator, we have proposed and analyze the balanced detection technique that allowed us to reduce the total noise to a value ∼2 times above the photonic noise level. Other alternatives are considered to improve the resolution and reach the conventional quantum limit, as well as options employing non classical states of light. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|