通过受激四波混频过程探测红外光

红外光学测量在工业与科学中有广泛应用，但红外光探测器成本高且性能劣于可见光探测器。四波混频（FWM）过程通过探测相关的可见光来实现红外波段探测。我们在热的 $^{85}$Rb 原子蒸气池中实验研究了受激 FWM 过程，其中波长为 $1530~$nm 的弱红外信号激光诱导 FWM 过程，并被放大且转换为波长为 $780~$nm 的强 FWM 光，后者更易被探测。我们通过研究输入激光频率对生成的 FWM 光的依赖关系，找到了优化的单光子与双光子失谐。此外，功率增益随信号强度减小而快速增加，这与我们的理论分析一致。结果表明，在信号激光功率为 $0.1~\mu$W 时功率增益可达 500，且探测到的光子数增加了 250 倍。最后，我们通过探究受激 FWM 过程的响应速率，实验证明我们的放大过程可在频域宽带上工作。