論文の概要: Squeezed dual-comb spectroscopy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.16688v1
- Date: Thu, 29 Aug 2024 16:36:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-30 13:02:54.698286
- Title: Squeezed dual-comb spectroscopy
- Title（参考訳）: スクイーズドデュアルコム分光法
- Authors: Daniel I. Herman, Mathieu Walsh, Molly Kate Kreider, Noah Lordi, Eugene J. Tsao, Alexander J. Lind, Matthew Heyrich, Joshua Combes, Jérôme Genest, Scott A. Diddams,
- Abstract要約: 量子ノイズの分布をスクイーズして、光学場の振幅または位相2次の測定精度を高めることで、連続波レーザーによる測定精度が大幅に向上する。
第2のコヒーレント状態周波数コムによる干渉計は、ショットノイズ限界を超える3dBの信号-雑音比を持つ硫化水素ガスのモード分解分光を生成する。
量子ノイズの低減は、ガス濃度の決定における2倍の量子スピードアップをもたらし、動的化学環境における複数の種の高速、ブロードバンド、高SNR比の測定に影響を及ぼす。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 32.73124984242397
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Laser spectroscopy and interferometry have provided an unparalleled view into the fundamental nature of matter and the universe through ultra-precise measurements of atomic transition frequencies and gravitational waves. Optical frequency combs have expanded metrology capabilities by phase-coherently bridging radio frequency and optical domains to enable traceable high-resolution spectroscopy across bandwidths greater than hundreds of terahertz. However, quantum mechanics limits the measurement precision achievable with laser frequency combs and traditional laser sources, ultimately impacting fundamental interferometry and spectroscopy. Squeezing the distribution of quantum noise to enhance measurement precision of either the amplitude or phase quadrature of an optical field leads to significant measurement improvements with continuous wave lasers. In this work, we generate bright amplitude-squeezed frequency comb light and apply it to molecular spectroscopy using interferometry that leverages the high-speed and broad spectral coverage of the dual-comb technique. Using the Kerr effect in nonlinear optical fiber, the amplitude quadrature of a frequency comb centered at 1560 nm is squeezed by >3 dB over a 2.5 THz of bandwidth that includes 2500 comb teeth spaced by 1 GHz. Interferometry with a second coherent state frequency comb yields mode-resolved spectroscopy of hydrogen sulfide gas with a signal-to-noise ratio (SNR) nearly 3 dB beyond the shot noise limit, taking full metrological advantage of the amplitude squeezing when the electrical noise floor is considered. The quantum noise reduction leads to a two-fold quantum speedup in the determination of gas concentration, with impact for fast, broadband, and high SNR ratio measurements of multiple species in dynamic chemical environments.
- Abstract（参考訳）: レーザー分光法と干渉法は、原子遷移周波数と重力波の超精密測定を通じて、物質と宇宙の基本的な性質を非平行に捉えた。
光周波数コムは、数百テラヘルツ以上の帯域にまたがるトレーサブル高分解能分光を可能にするために、位相コヒーレントにブライドする無線周波数と光領域によって、メトロジー機能を拡張した。
しかし、量子力学はレーザー周波数コムと従来のレーザー源で達成可能な測定精度を制限し、最終的には基本干渉法や分光に影響を及ぼす。
量子ノイズの分布をスクイーズして、光学場の振幅または位相2次の測定精度を高めることで、連続波レーザーによる測定精度が大幅に向上する。
そこで本研究では,2重コム方式の高速・広帯域のスペクトルカバレッジを利用した分子分光法を用いて,明るい振幅印加周波数コム光を発生させ,分子分光に応用する。
非線形光ファイバにおけるカー効果を用いて、1560nm中心の周波数コムの振幅を2.5Hzの帯域で3dB以上圧縮する。
第2のコヒーレント状態周波数コムを用いた干渉計は、信号-ノイズ比(SNR)がショットノイズ限界を超える約3dBの硫化水素ガスのモード分解分光を行い、電気ノイズフロアを考慮した場合の振幅スクイーズを十分に活用する。
量子ノイズの低減は、ガス濃度の決定における2倍の量子スピードアップをもたらし、動的化学環境における複数の種の高速、ブロードバンド、高SNR比の測定に影響を及ぼす。
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