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小火龍果

2024-07-23 11:18

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。
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(gè)相量（或其在復(fù)平面中的端點(diǎn)）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(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。
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(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(dòng)，但代價(jià)是振幅波動(dòng)增加。

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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。

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。
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(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為亮壓縮光。
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。