圖1.壓縮激光原理示意圖

近日，山西大學(xué)光電研究所利用壓縮庫(kù)增強(qiáng)光學(xué)參量耦合新方案，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了一種壓縮激光新型光源。相關(guān)研究成果“Reservoir-engineered squeezed lasing through the parametric coupling”發(fā)表于物理學(xué)頂級(jí)期刊Physical Review Letters上。山西大學(xué)為第一單位和通訊單位。其中，山西大學(xué)光電研究所博士生田宇航為論文第一作者，王雅君教授和鄭耀輝教授為通訊作者。山西大學(xué)光電研究所博士生王煒杰，太原科技大學(xué)孫小聰副教授，清華大學(xué)李宇航副研究員，山西大學(xué)光電研究所田龍教授和史少平講師參與本項(xiàng)工作。山西大學(xué)申恒教授和天津大學(xué)秦偉教授參與討論，為研究提供了寶貴建議。

與壓縮態(tài)光場(chǎng)相比，壓縮激光同時(shí)兼顧了經(jīng)典激光的相干性與壓縮真空的量子性，在量子光學(xué)領(lǐng)域甚至更廣闊的物理學(xué)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。然而，激光優(yōu)越的相干性是受激輻射光放大強(qiáng)相互作用的產(chǎn)物，在激活粒子受激輻射的過(guò)程中，量子特性則被破壞;壓縮態(tài)光場(chǎng)的制備則依賴(lài)于自發(fā)輻射過(guò)程，通過(guò)相敏操控弱相互作用實(shí)現(xiàn)量子關(guān)聯(lián)特性保持，此過(guò)程卻惡化了輸出光場(chǎng)的相干性。因此，現(xiàn)有激光激發(fā)和壓縮態(tài)制備方案均無(wú)法實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)相干性與量子性的統(tǒng)一，這為壓縮激光的實(shí)驗(yàn)制備帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。

圖2.激光和壓縮特性相統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

該項(xiàng)研究基于本課題組的高壓縮度壓縮態(tài)光場(chǎng)制備技術(shù)，利用壓縮真空態(tài)編輯光學(xué)參量耦合中真空庫(kù)的技術(shù)方案，解決了激光相干性與壓縮態(tài)量子性無(wú)法統(tǒng)一的難題，首次在實(shí)驗(yàn)上制備了高功率、窄線(xiàn)寬、高壓縮度壓縮激光全新量子資源。具體為：建立了壓縮激光噪聲演化理論模型，提出了庫(kù)編輯的光學(xué)參量耦合制備壓縮激光的全新技術(shù)方案。發(fā)展了低損耗、無(wú)相變的光學(xué)參量振蕩器、強(qiáng)參量耦合和單模選擇技術(shù)，實(shí)驗(yàn)制備了最高壓縮度為-6.1 dB、線(xiàn)寬為15 kHz(接近初始激光線(xiàn)寬)和輸出功率為2.6 mW的壓縮激光。該工作首次演示了壓縮態(tài)抑制腔增強(qiáng)系統(tǒng)中的相變過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)參量耦合系統(tǒng)中量子態(tài)的有效保持，拓展了壓縮態(tài)在實(shí)際物理系統(tǒng)中的應(yīng)用。

該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金集成項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上與青年項(xiàng)目和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。

審核編輯 黃宇