單光子發(fā)射器通常表現(xiàn)出一種稱為反聚束的發(fā)射行為。這意味著在檢測到第一個光子后檢測到第二個光子的概率被抑制。通過使用兩個這種單光子發(fā)射器(以捕獲鈣離子的形式)，可以創(chuàng)建由兩個單個鈣離子組成的光源。

如果散射光不包含其產(chǎn)生離子的信息(通過測量遠(yuǎn)場實現(xiàn))，則可以觀察到該光源的一些有趣特性。如圖 1 所述，雙離子系統(tǒng)可以用 Dicke-Basis (Wolf et al. 2020)* 來描述。有趣的是，反對稱態(tài)|a>不耦合到激光場。該系統(tǒng)現(xiàn)在顯示了典型單光子發(fā)射器的行為，如果它在對稱衰減通道中驅(qū)動，則是一種反束光子統(tǒng)計。如果以系統(tǒng)最終處于反對稱情況的方式發(fā)射光子，則驅(qū)動激光器將變得不可見，并且必須發(fā)射第二個光子才能使系統(tǒng)回到基態(tài)t0。這種在短時間內(nèi)發(fā)射兩個光子的行為稱為聚束，通常只能在混沌光源或熱光源中找到。

有趣的是，衰變通道可以通過捕獲離子晶體的研究角度來選擇，只需改變觀察它的角度，就可以將光源的發(fā)射統(tǒng)計數(shù)據(jù)從非經(jīng)典的反聚束調(diào)整為經(jīng)典聚束以及介于兩者之間的一切。

圖1

圖2

圖 2 說明了所使用的裝置。兩個鈣離子存儲在分段式 Paul 阱中并冷卻至多普勒極限。發(fā)射的熒光由透鏡收集，該透鏡將離子晶體成像在放大的 CCD 相機上。只有 10% 的光用于此，其余 90% 的光由 90/10 分束器反射到 Hanbury-Brown 和 Twiss (HBT) 裝置，其中探測器由兩個空間分辨的 LINCam 系統(tǒng)取代。CCD 相機用于監(jiān)測離子晶體的狀態(tài)，以便在離子損失時暫停測量，并在晶體再次準(zhǔn)備就緒后重新啟動。HBT 裝置用于記錄所有傳入的雙光子事件，巧合窗口為 +-40ns，精度為 50ps，空間像素為 1000*1000。

從該事件流中，可以即時計算二階自相關(guān)和互相關(guān)函數(shù)。實時顯示結(jié)果直方圖以監(jiān)控實驗是否成功。

從這個事件流中，可以動態(tài)計算二階自動和互相關(guān)函數(shù)。生成的直方圖將實時顯示，以監(jiān)控實驗是否成功。

圖3

圖4

在 [1] 中，測量是使用雪崩光電二極管和 TDC(時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器)進(jìn)行的。觀察角度由狹縫選擇。使用這種方法，大部分光線被丟棄，因此每個點的測量需要 2-3 天才能收集到足夠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在圖 3 中可以看到這次測量活動的結(jié)果。獲取 8 個測量角度大約需要 30 天。

在 [2] 和圖 4 中，LINCam 被用于重做實驗，目的是測量超過 8 個角度。通過使用兩個同步的 LINCam，可以記錄雙光子事件流并動態(tài)關(guān)聯(lián)這些事件。測量活動再次耗時 30 天，但提供的觀察角度不僅有 8 個，而是 96 個。使用 APD 設(shè)置，活動將持續(xù)一年。

審核編輯 黃宇