偏振压缩光是以光场偏振态来表征的一种量子光源,两个正交偏振光在偏振分光棱镜上合成新的偏振态,若其中至少一个偏振态是压缩的,那么,在特定的位相下,合成的新的态则可能是偏振压缩的。偏振压缩光可以直接与原子系综相互作用,用以读取原子自旋的信息。与经典的相干光相比,偏振压缩光具有低于散粒噪声基准的噪声背景,在测量中将获得更高的信噪比,是精密测量领域极具潜力的新工具。偏振压缩光的基础是正交压缩,光学参量振荡是制备频率大范围可调的压缩光的最佳方案。利用非线性晶体在光学腔中与光场的强相互作用,可以进行频率转化以及相应噪声特性的调控,输出的光子具有较强的量子关联,显示出压缩的量子特性。压缩光在量子光学的许多领域都发挥着重要的作用。如量子通讯网络、量子信息、量子存储以及精密测量等。在精密测量中,经典极限通常受限于光场的散粒噪声和原子的自旋投影噪声,通过光场的偏振压缩和原子的自旋压缩可以进一步提高测量灵敏度。例如,波长处于原子跃迁线的偏振压缩光可以用来探测原子系综自旋的演化,以此对系统状态进行推测。原子系综通常对外场有特定的响应频率,为满足对特定信号的测量,需要在相应的特征频率上制备偏振压缩态。我们的实验研究将制备一套具有偏振压缩特性的铷原子D₁跃迁线795 nm的量子光源,搭建基于非线性磁光旋转效应的光学原子磁强计,探索压缩光对磁场测量灵敏度的提升。研究内容包括以下几个方面:（1）设计并搭建半整体倍频腔,利用PPKTP晶体实现腔增强的高效倍频。对倍频过程的转化效率、光束质量及系统稳定性等进行研究。对内腔损耗、热吸收、热稳定性等制约因素进行了分析。在低功率水平下,与四镜环形腔倍频进行了对比;（2）设计并搭建了四镜环形倍频腔,对非线性晶体的选择进行了研究。对PPKTP,LBO,BiBO三种晶体的倍频特性进行了对比,详细分析了在795 nm波段倍频的优缺点,为倍频过程的晶体选择提供了重要的参考;（3）利用OPO实现了795 nm正交压缩态的制备,得到了该波段目前最高的压缩度。研究了光场位相的锁定,在位相锁定的情况下得到了偏振压缩,并对偏振压缩的特性进行了表征;（4）制备了795 nm低分析频率的偏振压缩。分析了低频段的主要噪声来源,并采取相应措施对低频噪声进行了严格地控制。研究了用于压缩真空与明亮相干光位相锁定的量子噪声锁定方法,并在实验中成功实现。在2.6-100 kHz的低频段得到了795 nm的偏振压缩;（5）搭建了基于非线性磁光旋转的光学原子磁强计,研究了磁场测量灵敏度对系统参数的依赖关系,分别使用相干光和偏振压缩光对灵敏度进行了评估,在使用压缩光的情况下成功实现了量子增强的测量。本文的创新点主要有:（1）设计的半整体谐振腔具有低损耗,结构稳定,高转化效率的优点,非常适合低功率下倍频;但随功率增大,由于腔内热量的积累,热稳定性变差,这时四镜环形腔将更有优势。我们的研究为倍频腔型设计提供了参考;（2）我们研究了不同非线性晶体的倍频,特别是比较新的BiBO晶体,对晶体的参数及倍频特性进行了分析比较,为晶体的实际应用提供了参数积累;（3）研究了偏振压缩的特性表征,并将压缩频带扩展到kHz频段。我们实现了对低频噪声的控制及光场位相的量子噪声锁定,这些方法可以扩展到其他的探测系统中;我们将具有量子特性的偏振压缩光注入光学磁强计,与相干光的情形相比,压缩光降低了背景噪声,提高了信噪比,测量灵敏度也相应提升。该结果验证了压缩光在精密测量中的量子增强效应,表明了压缩光可以在精密测量中发挥重要的作用。