Kurzfassung
Gequetschte Zustände des Lichts haben in den vergangenen Jahren in einer Vielzahl von Anwendungen im Bereich der Quantenoptik Verwendung gefunden. Dazu zählen Graviationswellendetektion [Aas13] [Aba11] [Gro13], Quantenschlüsselverteilung [Geh15], Messungen in der Biologie [Tay13], die Radiometrie zur absoluten Kalibration von Photodioden [Vah16] und die Bestimmung der Linienbreite von Resonatoren [Mik06].
Die Quellen zur Erzeugung von gequetschtem Licht sind in der Vergangenheit ausgereifter geworden, wobei immer höhere Quetschfaktoren erzielt wurden [And16]. Nachdem der erste experimentelle Nachweis gequetschten Lichts einen Quetschfaktor von 0.3dB aufwies und mit Hilfe von Vier-Wellen-Mischung in Natrium Atomen erzielt wurde [Slu85], erreichte ein auf parametrischer Abkonversion basierender Versuch kurz danach bereits 3dB [Wu86]. Über zwanzig Jahre später wurden erstmalig 10dB nachgewiesen, ebenfalls mit Hilfe von parametrischer Abkonversion [Vah08b]. Heute werden Quetschfaktoren von bis zu 15dB bei 1064nm erzielt [Vah16]. Um
die Integration von gequetschtem Licht in experimentelle Aufbauten zu ermöglichen, wurden entsprechende Regel- und Kontrolltechniken entwickelt [Che07b]. Die vollautomatische Quetschlichtquelle für den Graviationswellendetektor GEO600 wurde auf einem Breadboard von 1.35m x 1.13m gebaut und ist damit die weltweit erste portable
Quelle ([Kha11], p. 45). Alle übrigen genannten Aufbauten und Experimente wurden in Laboren mit großen optischen Tischen durchgeführt. Um eine einfachere Anwendung der Quetschlichttechnologie zu ermöglichen, müssen die Aufbauten weiter verkleinert werden. Insbesondere die Wellenlänge von 1550nm ist als Standartwellenlänge in der Telekommunikation interessant. Diese Überlegungen
sind Grundlage und Motivation für die vorliegende Arbeit.
Die im Rahmen dieser Arbeit entworfene und gebaute Quetschlichtquelle wurde auf einem Breadboard von 80cm x 80cm realisiert.
Über einen externen Faserlaser wurde kohärentes Laserlicht bei 1550nm zum Betrieb der Quelle eingekoppelt. Mit der Quelle
konnte gequetschtes Licht in einem Seitenbandbereich zwischen 1kHz und 25MHz nachgewiesen werden, wodurch die Anwendung des Quetschlichts in mehreren Bereichen, zum Beispiel für die Interferometrie, die Radiometrie oder die Quantenschlüsselverteilung, realisiert werden kann. Der Resonator zur parametrischen Abkonversion
wurde mit einem Multi-Temperatur-Schema ausgestattet, welches es ermöglicht, unterschiedliche Bereiche des Kristalls unterschiedlich stark zu temperieren. Dies ermöglicht die Einstellung von gleichzeitiger Doppelresonanz und Phasenanpassung im Resonator.
Der hier präsentierte Aufbau stellt einen ersten Schritt in der Entwicklung kompakter Quetschlichtquellen bei 1550nm dar.
During the past years, squeezed states of light have become a versatile tool in quantum optics with various applications. These applications include gravitational-wave detection [Aas13] [Aba11] [Gro13], quantum key distribution [Geh15], experiments in the field of biology [Tay13], the absolute calibration of photo diodes [Vah16] and the measurement of cavity parameters [Mik06]. The sources for squeezed vacuum states have also become more and more mature over time [And16]. The first experimental detection showed a quantum noise reduction of 0.3dB from four-wave mixing in Na atoms [Slu85]. The first squeezed-light source based on parametric down-conversion already reached 3dB [Wu86]. More than twenty years later, the milestone of 10dB was achieved, also based on parametric down-conversion [Vah08b]. Today, it is possible to generate 15dB at 1064nm [Vah16]. Apart from work to increase the squeezing strength, technologies like the coherent control scheme to control squeezed states have been developed [Che07b] to enable their integration in experimental setups. The squeezed-light source at 1064nm for the GEO600 gravitational-wave detector was the first portable and fully automatic source based on parametric down-conversion set up on a breadboard of 1.35m x 1.13m ([Kha11], p. 45) whilst the other results and applications mentioned were demonstrated on tabletop experiments. To enable a more flexible and widespread application of squeezed states, it is important to reduce the footprint even further and to apply the technology to new wavelengths, especially the telecommunication wavelength of 1550nm. These requirements motivated the work presented in this thesis. The squeezed-light source engineered and presented here was set up on a breadboard of 80cm x 80cm. Coherent laser light at 1550nm was injected into the setup via a fiber coupler. This increases the flexibility, since it allows for the usage of the squeezed-light source with existing laser systems. The source produced squeezing in a frequency range from 1kHz to 25MHz, which enables its usage in many different applications. In addition, the parametric down-conversion cavity was equipped with a multi-temperature heating scheme, which facilitates the creation of a temperature gradient. This is an approach to adjust the operating point at which simultaneous phase matching and doubly resonance for both the fundamental and second-harmonic field is reached in the cavity. Thus, the setup presented here can be regarded as a first step towards a portable and flexible squeezed-light source at 1550nm.