光的壓縮態(tài)(或壓縮光)是一種非經(jīng)典光,是量子光學(xué)的一個有趣的課題,其實驗研究始于 20 世紀(jì) 80 年代。 e"|efE
用于表示光場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)可以用某個相量(或其在復(fù)平面中的端點)來表示。然而,根據(jù)量子光學(xué),存在量子不確定性,并且對光場的復(fù)振幅的任何測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,光場的正交分量存在不確定性關(guān)系,即兩個分量的不確定性的乘積至少是普朗克常數(shù)的某個量h。 y3@H/U{
格勞伯相干態(tài)具有圓對稱的不確定性區(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關(guān),即它不能通過衰減光來減小,僅通過“擠壓”不確定性區(qū)域、減小其在幅度方向上的寬度,同時增加其在正交方向上的寬度,使得相位不確定性增加,才能進一步減少幅度噪聲。這種光稱為振幅壓縮(見圖 1,左)。相反,相位壓縮光(圖 1 中)減少了相位波動,但代價是振幅波動增加。 pR=@S>!|
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。
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'K<'2 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。 X%
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還有所謂的壓縮真空(圖1右),不確定區(qū)域的中心(對應(yīng)平均振幅)位于坐標(biāo)系的原點,波動在某個方向上減小。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為亮壓縮光。 ,o86}6Ag
量子噪聲還會導(dǎo)致偏振波動,這種波動在偏振壓縮光中會減少。 eA2@Nkw~)
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,E S0NA 壓縮光的產(chǎn)生 xi~?>f <:+
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