弱抽运下光学参量过程中压缩真空场的光子统计性质

赵冬梅; 李志刚; 郭龑强; 李刚; 王军民; 张天才

doi:10.7498/aps.59.6231

摘要

在理论和实验上研究了光学参量振荡中产生的弱压缩真空场的光子统计行为. 弱压缩真空具有强烈的光子聚束效应,这种比热光场更强的聚束效应在量子光学和量子测量中具有重要的应用. 利用远离阈值的光学参量振荡(optical parametric oscillator, OPO )过程,在实验上产生了该弱压缩真空输出,运转波长在铯原子线附近. 通过Hanbury-Brown-Twiss(HBT)测量了OPO输出光场的二阶关联函数,实验结果与理论分析基本一致.

关键词:

Abstract

Photon statistics of the weak squeezed vacuum field from an optical parametric oscillatior (OPO) is investigated both in theory and by experiment . The strong photon bunching effect of weak squeezed vacuum field, which can be used as an important source in quantum optics and quantum measurement, was demonstrated. We have experimentally produced the weak squeezed vacuum at the center wavelength of D2 line of the cesium atom by the OPO operating far below the threshold . The second-order correlation function was measured based on the Hanbury-Brown-Twiss scheme, and the result is consistent with theoretical analysis.

Keywords:

作者及机构信息

1.
量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西大学光电研究所,太原 030006

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10974125, 60808006, 60821004, 60978017),国家重点基础研究发展计划(973)(批准号:2006CB921102)资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices,Institute of Opto-Electronics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China

参考文献

[1]	Wu L A, Kimble H J, Hall J L, Wu H F 1986 Phys. Rev. Lett. 57 2520
[2]	Takeno Y, Yukawa M, Yonezawa H, Furusawa A 2007 Opt. Express 15 4321
[3]	Mehmet M, Vahlbruch H, Lastzka N, Danzmann K, Schnabel R 2010 Phys. Rev. A 81 013814
[4]	Lu Y J, Ou Z Y 2000 Phys. Rev. A 62 033804
[5]	Grosse N B, Symul T, Stobinska M, Ralph T C, Lam P K 2007 Phys. Rev. Lett. 98 153603
[6]	Ekert A K 1991 Phys. Rev. Lett. 67 661
[7]	Bennett C H , Brassard G, Cr'epeau C, Jozsa R, Peres A, Wootters W K 1993 Phys. Rev. Lett. 70 1895
[8]	Zhai Z H, Li Y M, Wang S K, Guo J, Zhang T C, Gao J R 2005 Acta Phys. Sin. 54 2710 (in Chinese) [翟泽辉、李永明、王少凯、郭娟、张天才、郜江瑞 2005 物理学报 54 2710]
[9]	Bouwmeester D, Pan J W, Mattle K, Eibl M, Weinfurter A, Zeilinger H 1997 Nature (London) 390 575
[10]	Ghosh R, Mandel L 1987 Phys. Rev. Lett. 59 1903
[11]	Zhang J, Wang J M, Zhang T C 2007 Opt. Commun. 227 353
[12]	Honda K, Akamatsu D, Arikawa M, Yokoi Y, Akiba K, Nagatsuka S, Tanimura T, Furusawa A, Kozuma M 2008 Phys. Rev. Lett. 100 093601
[13]	Appel J, Figueroa E, Korystov D, Lobino M, Lvovsky A I 2008 Phys. Rev. Lett. 100 093602
[14]	Loudon R, Knight P L 1987 Journal of modern Optics 34 709
[15]	Guo G C 1990 Quantum Optics (Beijing : Heigher Education Press) p539 (in Chinese)[郭光灿 1990 量子光学 (北京:高等教育出版社) 第539页]
[16]	Tan W H 2009 Introduction to Quantum Optics (Beijing : Science Press ) Fig5—22 (in Chinese) [谭维翰 2009 量子光学导论(北京:科学出版社) 图5—22]
[17]	Ficek Z, Wahiddin M R 2004 Quantum Optics - Fundamentals and Applications (Kuala Lumpur: International Islamic University Press) p72
[18]	Wu L A, Xiao M, Kimble H J 1987 Opt. Soc. Am. B 4 1465
[19]	Goto H, Yanagihara Y, Wang H, Horikiri T, Kobayashi T 2003 Phys. Rev. A 68 015803
[20]	Song X L, Li Z G, Zhang P F, Li G, Zhang Y C, Wang J M, Zhang T C 2007 Chin. Opt. Lett. 5 596
[21]	Li G, Zhang Y C, Li Y, Wang X Y, Zhang J, Wang J M, Zhang T C 2006 Appl.Opt. 45 7628
[22]	Li Y, Li G, Zhang Y C, Wang X Y, Zhang J, Wang J M, and Zhang T C 2007 Phys. Rev. A 76 013829
[23]	Li Y, Li G, Zhang Y C, Wang X Y, Wang J M, Zhang T C 2006 Acta Phys. Sin. 55 5779 (in Chinese) [李园、李刚、张玉驰、王晓勇、王军民、张天才2006 物理学报 55 5779]
[24]	Li G, Zhang T C, Li Y, Wang J M 2005 Phys. Rev. A 71 02307

施引文献

[1]	Wu L A, Kimble H J, Hall J L, Wu H F 1986 Phys. Rev. Lett. 57 2520
[2]	Takeno Y, Yukawa M, Yonezawa H, Furusawa A 2007 Opt. Express 15 4321
[3]	Mehmet M, Vahlbruch H, Lastzka N, Danzmann K, Schnabel R 2010 Phys. Rev. A 81 013814
[4]	Lu Y J, Ou Z Y 2000 Phys. Rev. A 62 033804
[5]	Grosse N B, Symul T, Stobinska M, Ralph T C, Lam P K 2007 Phys. Rev. Lett. 98 153603
[6]	Ekert A K 1991 Phys. Rev. Lett. 67 661
[7]	Bennett C H , Brassard G, Cr'epeau C, Jozsa R, Peres A, Wootters W K 1993 Phys. Rev. Lett. 70 1895
[8]	Zhai Z H, Li Y M, Wang S K, Guo J, Zhang T C, Gao J R 2005 Acta Phys. Sin. 54 2710 (in Chinese) [翟泽辉、李永明、王少凯、郭娟、张天才、郜江瑞 2005 物理学报 54 2710]
[9]	Bouwmeester D, Pan J W, Mattle K, Eibl M, Weinfurter A, Zeilinger H 1997 Nature (London) 390 575
[10]	Ghosh R, Mandel L 1987 Phys. Rev. Lett. 59 1903
[11]	Zhang J, Wang J M, Zhang T C 2007 Opt. Commun. 227 353
[12]	Honda K, Akamatsu D, Arikawa M, Yokoi Y, Akiba K, Nagatsuka S, Tanimura T, Furusawa A, Kozuma M 2008 Phys. Rev. Lett. 100 093601
[13]	Appel J, Figueroa E, Korystov D, Lobino M, Lvovsky A I 2008 Phys. Rev. Lett. 100 093602
[14]	Loudon R, Knight P L 1987 Journal of modern Optics 34 709
[15]	Guo G C 1990 Quantum Optics (Beijing : Heigher Education Press) p539 (in Chinese)[郭光灿 1990 量子光学 (北京:高等教育出版社) 第539页]
[16]	Tan W H 2009 Introduction to Quantum Optics (Beijing : Science Press ) Fig5—22 (in Chinese) [谭维翰 2009 量子光学导论(北京:科学出版社) 图5—22]
[17]	Ficek Z, Wahiddin M R 2004 Quantum Optics - Fundamentals and Applications (Kuala Lumpur: International Islamic University Press) p72
[18]	Wu L A, Xiao M, Kimble H J 1987 Opt. Soc. Am. B 4 1465
[19]	Goto H, Yanagihara Y, Wang H, Horikiri T, Kobayashi T 2003 Phys. Rev. A 68 015803
[20]	Song X L, Li Z G, Zhang P F, Li G, Zhang Y C, Wang J M, Zhang T C 2007 Chin. Opt. Lett. 5 596
[21]	Li G, Zhang Y C, Li Y, Wang X Y, Zhang J, Wang J M, Zhang T C 2006 Appl.Opt. 45 7628
[22]	Li Y, Li G, Zhang Y C, Wang X Y, Zhang J, Wang J M, and Zhang T C 2007 Phys. Rev. A 76 013829
[23]	Li Y, Li G, Zhang Y C, Wang X Y, Wang J M, Zhang T C 2006 Acta Phys. Sin. 55 5779 (in Chinese) [李园、李刚、张玉驰、王晓勇、王军民、张天才2006 物理学报 55 5779]
[24]	Li G, Zhang T C, Li Y, Wang J M 2005 Phys. Rev. A 71 02307

[1]	孙小聪, 李卫, 王雅君, 郑耀辉. 基于压缩态光场的量子增强型光学相位追踪. 物理学报, 2024, 73(5): 054203. doi: 10.7498/aps.73.20231835
[2]	温馨, 韩亚帅, 刘金玉, 白乐乐, 何军, 王军民. 低分析频率压缩光的实验制备. 物理学报, 2018, 67(2): 024207. doi: 10.7498/aps.67.20171767
[3]	兰豆豆, 郭晓敏, 彭春生, 姬玉林, 刘香莲, 李璞, 郭龑强. 混沌光场光子统计分布及二阶相干度的分析与测量. 物理学报, 2017, 66(12): 120502. doi: 10.7498/aps.66.120502
[4]	陈坤, 陈树新, 吴德伟, 杨春燕, 王希, 李响, 吴昊, 刘卓崴. 相干态和压缩真空态的自适应最优估计方法. 物理学报, 2016, 65(19): 194203. doi: 10.7498/aps.65.194203
[5]	范洪义, 吴泽. 二项-负二项组合光场态的光子统计性质及其在量子扩散通道中的生成. 物理学报, 2015, 64(8): 080303. doi: 10.7498/aps.64.080303
[6]	任春年, 史鹏, 刘凯, 李文东, 赵洁, 顾永建. 初态对光波导阵列中连续量子行走影响的研究. 物理学报, 2013, 62(9): 090301. doi: 10.7498/aps.62.090301
[7]	王锐, 王玉山. Delta-P1近似漫反射光学模型的二阶参量灵敏度. 物理学报, 2012, 61(18): 184202. doi: 10.7498/aps.61.184202
[8]	吕菁芬, 马善钧. 光子扣除(增加)压缩真空态与压缩猫态的保真度. 物理学报, 2011, 60(8): 080301. doi: 10.7498/aps.60.080301
[9]	冯秀琴, 姚治海, 田作林, 韩秀宇. 简并光学参量振荡器的超混沌控制与周期态同步. 物理学报, 2010, 59(12): 8414-8419. doi: 10.7498/aps.59.8414
[10]	陈星, 夏云杰. 双模压缩真空态和纠缠相干态的一维势垒散射. 物理学报, 2010, 59(1): 80-86. doi: 10.7498/aps.59.80
[11]	赵建刚, 孙长勇, 孟祥国, 苏杰. 虚光场效应对原子激光压缩性质的影响. 物理学报, 2009, 58(10): 6985-6991. doi: 10.7498/aps.58.6985
[12]	李园, 李刚, 张玉驰, 王晓勇, 王军民, 张天才. 计数率和分辨时间对光场统计性质测量的影响——单探测器直接测量的实验分析. 物理学报, 2006, 55(11): 5779-5783. doi: 10.7498/aps.55.5779
[13]	刘竹欣, 方卯发. 压缩相干态通过参量图像放大系统的光学像. 物理学报, 2005, 54(8): 3627-3631. doi: 10.7498/aps.54.3627
[14]	黄燕霞, 赵朋义, 黄熙, 詹明生. 压缩真空场与原子非线性作用过程中的纠缠与消纠缠. 物理学报, 2004, 53(1): 75-81. doi: 10.7498/aps.53.75
[15]	宋同强. 利用双模压缩真空态实现量子态的远程传输. 物理学报, 2004, 53(10): 3358-3362. doi: 10.7498/aps.53.3358
[16]	王忠纯. 介观无损耗传输线中电流的量子涨落. 物理学报, 2003, 52(5): 1230-1233. doi: 10.7498/aps.52.1230
[17]	李永民, 吴迎瑞, 张宽收, 彭墀. 利用准相位匹配光学参量振荡器获得可调谐强度差压缩光. 物理学报, 2003, 52(4): 849-852. doi: 10.7498/aps.52.849
[18]	李永民, 樊巧云, 张宽收, 谢常德, 彭堃墀. 三共振准相位匹配光学参量振荡器反射抽运场的正交位相压缩. 物理学报, 2001, 50(8): 1492-1495. doi: 10.7498/aps.50.1492
[19]	王丹翎, 龚旗煌, 汪凯戈, 杨国健. 光学简并参量振荡中的量子非破坏性测量. 物理学报, 2000, 49(8): 1484-1489. doi: 10.7498/aps.49.1484
[20]	冯克安. 非平衡态相变的两例——光学参量振荡和激光. 物理学报, 1978, 27(3): 322-330. doi: 10.7498/aps.27.322

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