本論文實驗主要是增加雙光子訊號的訊號背景比。在本論文開始前我們已藉由四波混頻機制在熱原子系統中看到雙光子訊號，然而，雙光子訊號的訊號背景比僅有0.2。我們認為雙光子的背景來自於自發輻射的螢光，其頻率與偏極都與雙光子訊號相同，因此無法用濾偏極元件或是法布里佩羅干涉儀阻絕這些背景螢光。為了降低背景螢光的影響，我們打入一道精細光學幫浦光，將原子分布幫浦至我們期待的能階態，直接減少能參與自發輻射的原子。我們以兩種不同的方式將精細光學幫浦光加入我們的系統中。其一為高斯光斑的精細光學幫浦光加時序，此條件下，我們將雙光子訊號背景比提升至1.25；其二為甜甜圈狀光班的精細光學幫浦光，此條件下，我們將雙光子訊號背景比提升為1.3。

The purpose of our experiment is to enhance the biphoton signal-to-background ratio. In the work prior to the content of this thesis, we have already observed the signal of biphotons, i.e., pairs of single photons with opposite polarizations and wavelengths of 780 nm and 795 nm using a hot atomic vapor cell. However, the fluorescence background created by spontaneous emissions of the atoms in the vapor cell has the same frequency as the biphoton signal’s so that our etalon filter cannot block this fluorescence. As a result, the signal-to-background ratio at the beginning of this work was only 0.2. In order to reduce the background level, we apply another hyperfine optical pumping beam to pump atoms to the desired state. Two different ways to employ the hyperfine optical pumping are used, including the Gaussian beam hyperfine optical pumping with time sequence and the hollow-shaped beam hyperfine optical pumping. After applying the hyperfine optical pumping using either way, we successfully enhance the biphoton signal-to-background ratio to 1.25 or 1.3, respectively.

ABSTRACT IV
摘要 V
CHAPTER1 簡介 1
1.1 本論文工作開始前之研究進展 1
1.2 本論文工作所獲得之研究進展 3
1.3 分析APPL. PHYS. LETT. 110, 161101 (2017) 論文 5
CHAPTER2 實驗架構 10
2.1 四波混頻機制產生雙光子 10
2.2 加入HYPERFINE OPTICAL PUMPING(HOP)降低背景螢光 11
CHAPTER3 利用HYPERFINE OPTICAL PUMPING(HOP)減少背景螢光 13
3.1 HOP INTENSITY對螢光的影響 13
3.2 螢光OFFSET 14
3.3 HOP展頻測試 15
CHAPTER4 加入ZEEMAN OPTICAL PUMPING(ZOP)測試 19
4.1 ZEEMAN OPTICAL PUMPING 19
4.2 795NM HOP與ZOP產生的四波混頻 20
4.3 780NM HOP與COUPLING產生的四波混頻 21
4.4 ZOP的效果 23
CHAPTER5 加入時序測試 27
5.1 SPCM開關時序 27
5.2 HOP開關時序 28
5.3 螢光的RAISING TIME & FALLING TIME 29
5.4 HOP開關瞬間螢光的變化 31
5.5 加入時序後的BIPHOTON訊號 32
CHAPTER6 原子溫度對訊號背景的影響 35
6.1 不同OD下螢光背景的變化 35
6.2 不同OD下BIPHOTON訊號的變化 36
CHAPTER7 HOLLOW-SHAPED HOP 41
7.1 利用SLM製造HOLLOW BEAM 41
7.2 利用AXICON製造HOLLOW BEAM 43
7.3 HOLLOW-SHAPED HOP 對 COUPLING螢光的衰減比例 45
7.4 HOLLOW-SHAPED HOP作用下的BIPHOTON訊號 46
7.5 HOLLOW-SHAPED HOP作用下的EIT 47
CHAPTER8 COUPLING角度對PROBE螢光造成的影響 53
8.1 COUPLING角度對EIT的影響 53
CHAPTER9 OUTLOOK 58
9.1 改善SIGNAL FALSE TRIGGER 58
9.2 PARAFFIN COATING 銣原子蒸氣瓶 58
CHAPTER10 結論 59
參考資料 61

[1] 黃怡瑄, “利用熱銣原子蒸氣產生單光子對之研究” (2017)

[2] Wang, G., Wang, Y.-S., Huang, E. K., Hung, W., Chao, K.-L., Wu, P.-Y., … Yu, I. A. Scientific Reports, 8, 7959. (2018)

[3] Lingbang Zhu, Xianxin Guo, Chi Shu, Heejeong Jeong, and Shengwang Du, Appl. Phys. Lett. 110, 161101 (2017)

[4] Chi Shu, Peng Chen, Tsz Kiu Aaron Chow, Lingbang Zhu, Yanhong Xiao, M.M.T. Loy & Shengwang Du, Nature Communications volume 7, (2016)