Squeezed light at 1064 nm and 1550 nm with a nonclassical noise suppression beyond 10 dB (Englisch)

Gequetschte Zustände des Lichts wurden 1985 erstmalig nachgewiesen. Seitdem haben sie sich zu einem wichtigen nichtklassischen Bestandteil im Bereich der hochpräzisen Messtechnik, wie etwa der Detektion von Gravitationswellen, und im Bereich der Quanteninformation, z.B. für Teleportation und Quantenkryptographie entwickelt. Für alle Anwendungen ist ein starker Quetschgrad von besonderem Interesse. Mit dieser Arbeit wird ein neuer Maßstab für den durch nichtmonolithische Quetschlichtquellen erzeugbaren Quetschgrad gesetzt. Mittels parametrischer Abwärtskonversion wurden gequetschte Zustände bei einer Wellenlänge von 1064 nm erzeugt und eine nichtklassische Rauschunterdrückung von 12.3 dB gemessen. Im Gegensatz zu einem monolithischen Resonator kann die Resonanzfrequenz dieser Quetschlichtquelle an ein Folgeexperiment angepasst werden. Mit dieser Quetschlichtquelle wurde in einem weiteren Experiment die Quanteneffizienz von Photodioden bestimmt. Die hier vorgestellte Methode erlaubt aufgrund der hohen Sensibilität stark gequetschter Zustände auf nur geringste optische Verluste eine besondere Präzision. Im Hinblick auf die Verwendung von gequetschtem Licht in Gravitationswellendetektoren der zukünftigen Generation und in der Quanteninformation wurde eine weitere Quetschlichtquelle entwickelt und gequetschtes Licht bei einer Wellenlänge von 1550 nm erstmalig im Dauerstrichbetrieb nachgewiesen. Mithilfe dieser gequetschten Zustände wurde die Empfindlichkeit eines Faser-Sagnac Interferometers nichtklassisch erhöht. Hierdurch wurde gezeigt, dass gequetschtes Licht bei 1550nm und faserbasierende Quantenkommunikation miteinander vereinbar sind. Mit einer im Hinblick auf optische Verluste optimierten Quetschlichtquelle wurde wie bei 1064 nm ein Quetschgrad von 12.3 dB gemessen. Darüber hinaus wurde erstmals gequetschtes Licht bei 1550 nm im Bereich von Audiofrequenzen nachgewiesen. Die Ergebnisse dieser Arbeit bilden die Grundlage für die Quetschlicht-Technologie bei 1550 nm, wie sie für zukünftige Gravitationswellendetektoren, wie dem kürzlich vorgeschlagenen Einstein Telescope, benötigt wird.

Squeezed states of light were observed for the first time in 1985. Since then they have developed into an important nonclassical tool in the field of high-precision metrology, for instance in gravitational wave detection, as well as in the field of quantum information, e.g. for teleportation and quantum cryptography. For all these applications a strong squeezing factor is beneficial. This thesis presents a new benchmark value for squeezed light from non-monolithic squeezed-light sources. By means of parametric down-conversion, squeezed states at a wavelength of 1064 nm were generated and a nonclassical noise suppression of 12.3 dB was observed. In contrast to a monolithic resonator, the resonance frequency of this squeezed-light source can be adjusted to a downstream experiment. In an additional experiment this squeezed-light source was utilized to determine the quantum efficiency of photo diodes. The applied method permits high precision since strong squeezing is sensitive to even low values of optical loss. In view of the application of squeezed light in future-generation gravitational wave detectors and quantum information science, a dedicated squeezed-light source was developed and at a wavelength of 1550 nm squeezing in the continuous-wave regime was observed for the first time. These squeezed states were employed to quantumenhance the sensitivity of a fiber-based Sagnac interferometer. Thus the compatibility of squeezing at 1550 nm with fiber-based quantum communication was demonstrated. Furthermore, upon thorough optimization of the squeezed-light generation and detection at 1550 nm, a quantum noise suppression of 12.3 dB was measured. Moreover, squeezing in the Fourier audio-band was observed for the first time. The findings presented in this thesis constitute key research towards the squeezed-light technology at 1550 nm as it is required for future gravitational wave detectors such as the recently proposed Einstein Telescope.