《光学学报》2017年第5期Highlight文章：制备非经典光的经典之作——

对应于铯原子D1 线正交压缩真空态光场的制备

光与原子相互作用，是量子光学中一个重要的内容。光场通常分为经典和非经典两类。其中，热光是典型的经典光，而具有纠缠、光子反聚束、亚泊松分布、正交分量压缩以及Wigner函数出现负值等非经典特性的光被称为非经典光。而碱金属原子吸收线的非经典光在许多领域有着重要的应用，如量子存储、光与原子相互作用、原子系综之间的纠缠、光谱测量及量子信息网络等。

目前主要有两种方法产生对应于碱金属原子吸收线的非经典光，一种是通过基于原子系综的四波混频过程；另一种是通过基于晶体非线性效应的参量过程。近年来，由于非线性晶体和镀膜技术的发展，以及高量子效率探测器的出现，使得通过参量下转换产生压缩光的压缩度得到了很大提高，推动了光学参量制备非经典光的进程。

目前利用参量下转换产生对应于碱金属原子吸收线非经典光的实验研究主要集中在铯原子D2 线和铷原子D1 线，而对应于铯原子D1线非经典光的研究尚未有报导。铯原子D1 线有其独特优点：它的超精细分裂能级结构简单且间距较大，同时其波长对应于InAs 量子点激子发射的频率区域，为基于原子和固态系统的相干界面的发展提供可能。因此制备对应于铯原子D1 线的非经典光场在固态量子信息网络发展中有重要应用前景。

近日，山西大学张俊香教授课题组提出利用光学参量过程制备了连续调谐于铯原子D1线的正交压缩光，为压缩光与原子的耦合奠定基础。具体研究成果发表在光学学报第五期。

实验采用连续单频钛宝石激光器作为光源，通过倍频过程产生447.3 nm 蓝光（如图1）并用来泵浦由PPKTP晶体和两镜驻波腔构建的连续准相位匹配OPO 进行参量振荡过程从而获得对应于铯原子D1 线的正交压缩真空态光场。参量振荡阈值为39 mW，调节泵浦光功率为30 mW 并搜索OPO 腔长使得泵浦光共振，利用平衡零拍探测装置测量输出的压缩光，最终在分析频率为0.5 MHz 处测得2.8 dB 正交压缩（如图2）。考虑到76.1% 的探测效率，实际输出光场的压缩度为4.4 dB。通过调谐激光器，逐级调谐倍频腔、OPO腔以及平衡零拍系统，实现压缩光的可调谐特性。

     
图1 倍频产生蓝光光斑（如图1所示，利用外腔倍频制备的447.3nm蓝光的光斑是很好的高斯光束，因此在注入OPO时可以获得较高的模式匹配效率。）
图2 测得894.6 nm 正交压缩真空光噪声谱（其中(a)为散粒噪声基准(SNL)，(b)为扫描本底光与压缩光相位测得噪声谱，(c)为反压缩，(d)为压缩，可以看出来大约测得了2.8 dB的压缩）

研究人员表示后续将选用半整体结构OPO、高量子效率的平衡零拍探测器、锁定测量真空压缩时OPO腔长以及平衡零拍探测两束光的位相等方法获得更高压缩度的非经典光，并对压缩光进行调谐，为进一步开展量子信息网络的实验研究提供光源。

论文信息：张岩,刘晋宏,马荣,王丹,韩宇宏,张俊香. 对应于铯原子D1 线正交压缩真空态光场的制备[J].光学学报,2017,37(5):0519001.

作者课题组合影：前排左四为张俊香教授，后排左一为张岩博士。