壓縮態(tài)光 | RP 系列激光分析設(shè)計(jì)軟件
光的壓縮態(tài)（或壓縮光）是一種非經(jīng)典光，是量子光學(xué)的一個(gè)有趣的課題，其實(shí)驗(yàn)研究始于 20 世紀(jì) 80 年代。 Wo!;K|~P
用于表示光場(chǎng)中某種模式下光狀態(tài)的復(fù)相量，可以最好地理解為壓縮光。經(jīng)典物理學(xué)，這種狀態(tài)可以用某個(gè)相量（或其在復(fù)平面中的端點(diǎn)）來(lái)表示。然而，根據(jù)量子光學(xué)，存在量子不確定性，并且對(duì)光場(chǎng)的復(fù)振幅的任何測(cè)量都可以在不確定性區(qū)域，而且不確定性區(qū)域內(nèi)提供不同的值。此外，光場(chǎng)的正交分量存在不確定性關(guān)系，即兩個(gè)分量的不確定性的乘積至少是普朗克常數(shù)的某個(gè)量h。 t"|DWC*
格勞伯相干態(tài)具有圓對(duì)稱(chēng)的不確定性區(qū)域，因此不確定性關(guān)系決定了一些最小噪聲幅度，例如幅度和相位。該不確定區(qū)域的面積與平均幅度無(wú)關(guān)，即它不能通過(guò)衰減光來(lái)減小，僅通過(guò)“擠壓”不確定性區(qū)域、減小其在幅度方向上的寬度，同時(shí)增加其在正交方向上的寬度，使得相位不確定性增加，才能進(jìn)一步減少幅度噪聲。這種光稱(chēng)為振幅壓縮（見(jiàn)圖 1，左）。相反，相位壓縮光（圖 1 中）減少了相位波動(dòng)，但代價(jià)是振幅波動(dòng)增加。 W:vr@e6
[attachment=129585] 圖1:光的不同壓縮狀態(tài)，用相量圖表示。藍(lán)色橢圓表示不確定區(qū)域。 c S(;Qs]Q
cDIBDC
當(dāng)然，也存在不確定區(qū)域的方向與所示情況不同，或者不確定區(qū)域的形狀與橢圓形狀不同的壓縮狀態(tài)。例如，存在光子數(shù)壓縮狀態(tài)，其光子數(shù)的不確定性降低，但可能具有完全的相位不確定性。（一種極端情況是Fock states，具有一定的光子數(shù)。）在任何情況下，某些噪聲分量都低于標(biāo)準(zhǔn)量子極限。 ;|HL+je;Z
還有所謂的壓縮真空（圖1右），不確定區(qū)域的中心（對(duì)應(yīng)平均振幅）位于坐標(biāo)系的原點(diǎn)，波動(dòng)在某個(gè)方向上減小。在這種情況下，平均光子數(shù)大于零；壓縮真空僅在平均振幅（而不是平均光子數(shù)）為零的意義上才是“真空”。平均振幅非零的壓縮光也稱(chēng)為亮壓縮光。 f@d9Hqr+l;
量子噪聲還會(huì)導(dǎo)致偏振波動(dòng)，這種波動(dòng)在偏振壓縮光中會(huì)減少。 UV@0gdy[
id?E )Jy
e)b%`ntF
JNi=` X&A
壓縮光的產(chǎn)生 RgZOt[!.
8EI:(NE*J
壓縮光通常是利用某些光學(xué)非線(xiàn)性相互作用從相干態(tài)或真空態(tài)的光產(chǎn)生的。例如，具有真空輸入的光學(xué)參量放大器可以產(chǎn)生壓縮真空，從而使一個(gè)正交分量的噪聲降低 10 dB 量級(jí)。在某些情況下，可以通過(guò)倍頻來(lái)獲得明亮的振幅壓縮光中較低程度的壓縮。光纖中的克爾非線(xiàn)性也產(chǎn)生振幅壓縮光。當(dāng)半導(dǎo)體激光器使用穩(wěn)定的泵浦電流運(yùn)行時(shí)，可以產(chǎn)生振幅壓縮的光。擠壓也可能由原子-光相互作用引起。 m*Cu-6&qd
另一種可能性是使用光量子擠壓器[ 22 , 28 ]。這里，與強(qiáng)度噪聲相關(guān)的輻射壓力的波動(dòng)調(diào)制光諧振器中的光的路徑長(zhǎng)度，從而引起幅度和相位噪聲之間的相關(guān)性。 4-^[%&>}
"VTF}#Uo
應(yīng)用領(lǐng)域 J+t s
pRrHuLj^
原則上，壓縮光可用于許多領(lǐng)域，因?yàn)樗试S在減少量子噪聲的情況下進(jìn)行測(cè)量。一個(gè)例子是使用大型干涉儀探測(cè)引力波的超精確長(zhǎng)度測(cè)量。特別是，先進(jìn)的 LIGO Hanford 設(shè)置配備了該技術(shù)，在 2015 年首次探測(cè)成功之前，該技術(shù)大大提高了測(cè)量靈敏度[23] [26]。 3{ " O,h
到目前為止，壓縮光的使用還不是很廣泛，主要是因?yàn)樗艿礁鞣N困難的困擾。例如，任何光學(xué)損耗都會(huì)使光的壓縮狀態(tài)更接近相干狀態(tài)，即傾向于破壞非經(jīng)典特性。然而，至少在基礎(chǔ)量子光學(xué)研究中，光的壓縮態(tài)發(fā)揮著重要作用。
qybxXK:
S&wzB)#'
|