压缩态光场的产生及应用——关于多模压缩态光场的实验.pdfVIP

维普资讯 第 18卷 第 4期 商洛师范专科学校学报 V01．18No．4 2004年 12月 JournalofShangluoTeachersCollege Dec．20o4 于 许定国 ，冯枯琚 ，刘宝盈 一，李 英 一，张继良 ，陈永庄 ，高荣发 (1．西安 电子科技大学技术物理学院，陕西西安 71O071； 2．商洛师范专科学校量子光学与量子信息研究所 ，陕西商洛 726o0o； 3．商洛师范专科学校物理系，陕西商洛 726OOO) 摘 要 ：回顾 了压缩态光场 的产生及应用实验历程．提 出了产生多模压缩态光场 的实验 方案 关键词 ：相干态；标准量子极限；压缩态光场 ；实验 ；应用 中图分类号 ：0432．1 文献标识码 ：A 文章编号 ：1o08—3030(2004)04—0001—08 0 引 言 我们 已知，远离域值运转的激光光源的理想化描写是相干态光场 ，即光场湮没算符 的本征态 l)，由于测不准关系的制约 ，这种完全相干的光场存在着量子噪声 ，这种噪声是 由光场的量子性决定 的，是量子化光场的必然产物 ，是无法用经典方法消除的．这种噪声是经典光源所能达到的最小极限， 被称为散粒噪声极限(shot—noise-limit)或标准量子极限(standardquantum limit)，它影响信号探测灵 敏度的进一步提高．突破散粒噪声的限制 ，在量子水平和量子层次上对系统的物理量和状态进行精确 测量是科学工作者梦寐以求的境界．压缩态光场在一个分量上突破标准量子极限为人们进行精确测量 带来 了新 的曙光 l【】．从 1970年 D．Stoler2[]提 出压缩态的概念后 ，1976年 Hollenhurst[rj，~uent~]，W~lsm又提 出光场压缩态的概念 ，人们在理论和实验上找寻产生压缩态光场的方法就一直没有停止过[6-9,n-~1．目 前 ，单模和双模压缩态光源早 已成为商品，并被人们用于超高信噪比的光通信、低噪音甚至零噪音的 光放大器 、超高灵敏的干涉以及新兴的量子态工程等重要方面[121．在理论上，1998—1999年杨志勇和侯 洵两位学者建立的多模辐射场的等阶和不等阶广义非线性高阶压缩理论 ，将各种光场压缩态的理论 统一了起来 71，并显示出多模压缩态 比之单模和双模压缩态具有更丰富而深刻 的物理 内涵．之后，相 继发现了一系列多模叠加态领域特有的新的非经典物理现象 l【 ，从而掀起了研究多模压缩态光场的 高潮 【 盯’蚓．随着多模压缩态光场的深入而广泛的理论和实验研究，多模压缩态光 l0【、2t咖将会为科学研 究工作带来更多方便．本章以翔实的资料回顾了光场压缩态产生及应用实验研究的发展概况，并提出 了产生多模压缩态的实验方案． 1 产生光场压缩态的实验 回顾 从理论上看 ，为实现光场压缩态 ，应有两个基本条件，第一个条件是有合适的机制，对光强或光场 的振幅的起伏进行抑制．第二个条件是有合适 的对相位灵敏的放大机制，使得被压缩的光场分量放大， 而另一个分量衰减．例如，含有光场二次项的一些非线性光学过程越是在起伏 的峰值 ，效应越强 (双光 子吸收、二次谐波等)，利用这类效应便可减少起伏 ，负反馈也可减少起伏 ，另一方面，许多非线性光学 过程，都涉及位相匹配，即对位相敏感 (例in--次谐波、参量振荡等)．因此 ，光学压缩态理论途径很多， 收稿 日期 ：2oo4_1o_8 基金项 目：陕西省 自然科学基金项 目(批准号：2001SI．04)；陕西省科技攻关项 目(批准号：2OO2K05—9)； 陕西省教育厅科研项 目(批准号：03JK212) 作者简介：许定国(1961-)，男，陕西洛南人，西安电子科技大学副教授，博士研究生 维普资讯 2 商洛师范专科学校学报 20