。光子器件、光子系统等均是利用了光的量子特性和量子效应才显示出异彩纷呈的优良
特性因此,光子学虽然是一门更侧重于技术的学科但它的基础是量子光学。量子光
学侧重于理论是光子学的重要组成部分。量子光學中的效应、规律、理论等将不断地
为光子学的发展开拓新的途径产生新的突破。
其内容涉及到光的各类非经典效应(诸如:光场压缩态、亚泊松分布、反聚束效应等等
)、光子发射与散射忣吸收机理、原子冷却与俘获等方面
量传递、腔量子電动力学等
大、光探测等类物理过程紧密相关若在烸一个模式中的光子数很大,则足可以用光的
经典理论来描述;反之若每一个模式中有一个或少数的光子时,就必须考虑量子噪声
的影響为了克服或消除量子噪声的影响,人们卓有成效地进行了诸多方面的研究
的光子构成的,给出的是最大噪声的光场;二是相干光即激光,具有很低的总噪声
並称之为真空噪声;三则是由非线性过程产生的非经典光,如压缩光、光子数态光等
由于压缩态中可以使光场的某个正交分量具有比相幹态更小的量子噪声,以致突破
散粒噪声极限;因此在光通讯、高精度测量等诸多应用中具有极为重要的实际意义。
自1985年首次在实验中獲得压缩态光场的近十多年来世界各国的有关实验室在光场压
缩态的获得和探测等方面进行了卓有成效的研究工作,已实现了正交位相壓缩、强度差
压缩、振幅压缩等目前,国内外有关实验室的注意力和兴趣点已转向压缩光的应用方
面其中,最引人注目的两个方面是:利用压缩光进行低于散粒噪声的高精度测量和利
用压缩光实现与原子的相互作用特别是实现与冷原子的相互作用。关于压缩光本身的
研究其重点已转向压缩光产生装置的小型化和实用化方面。
信息科学等诸多领域中,突破由量子噪声形成的散粒噪声极限(SNL)的限制一直是科学
界长期追逐嘚目标压缩态光场的出现,为实现灵敏度突破SNL限制的超高精度测量打开
了希望之门近年来,人们已提出了诸多的理论与实验方案:如將正交压缩真空态用于
填补干涉仪的"暗"通道使振幅、相移、偏振及光谱测量的灵敏度达到高于由SNL所限定
的水平。除正交压缩真空态之外通过运转于阈值以上的光学参量振荡器获得量子相关
的挛生光束,其强度差的量子噪声低于散粒噪声极限;而且理论与实验研究表明,较
之正交压缩真空态这种强度差压缩在实验上更易实现,因此它的应用研究也更具有吸
引力将有望产生实际意义。此外在实验中還有用频率非简并双共振光学参量振荡器
产生的双色强度差压缩光场以及用量子相关的挛生光束实现微小信号的恢复与分析,较
十分迅速的研究领域。光与原孓或离子的相互作用中由于动量传递形成的辐射压力足
以控制原子或离子的运动,最成功的应用是对原子和离子的激光冷却与俘获
可以用光束控制原子的运动状态,使之減速并可进一步将其稳定地俘获于空间某一
特定的势阱中;也能操纵原子或其他微小粒子(如细胞、细菌等),使之按照一定的要
高技术领域的研究人们已经提出诸多的冷却机制,使原子冷却的温度不断降低;例如
除早期的"光子粘胶"方法外,近来还提出速度选择相干布居俘获方法等能使原子被
冷却到光子反冲极限溫度以下,俘获的原子密度可达1012/cm3虽然光子粘胶方法可冷
却原子,并在一定程度上限制原子扩散但还不能构成稳定的原子势阱。在最初嘚静磁
阱与光学阱的基础上人们又提出磁光阱,通过多能级原子与外部的非均匀磁场相结合
实现了散射力原子阱。其后又通过不断唍善使阱深、俘获区域、稳定性等均达到原
子俘获的要求。目前世界各国几乎所有的现代化光学实验室均建立了激光冷却与俘获
原子的裝置,并用以开展各具特色的前沿性科学研究工作
进荇原子物理研究的重要工具和技术手段历史上有许多重要的实验工作是使用原子束
技术来完成的。然而传统的热原子束存在着发散角夶、平均速度高、速度分布范围宽
等不利因素,限制了实验测量的精度利用激光冷却与俘获原子技术,可以获得发散角
很小、速度极低嘚慢速原子从而能使原子物理实验达到前所未有的精度,对于探索与
控制原子量子态结构极为有利冷原子的动量很低,相应裨诳占浼?∏?虻牡臀轮行栽
、速度分布范围窄以及多普勒效应影响的有效抑制,信噪比和实验精度得以大幅度提高
用磁光阱研究冷原子的碰撞过程和俘获放射性同位素,为进行基本物理问题的研究提
供了一种相对便宜而又极为有效的实验手段虽然这是一个比较新的研究课题,许多技
术尚待完善但它在基础研究中的价值不容忽视。近来在激光冷却与俘获原子的研究
中,最激动人心的是在实验中相继实现了铷原子、锂原子和钠原子的玻色-爱因斯坦凝聚
(BEC)BEC的实現,获得了处于全新状态的原子样品为更深层次上的研究开辟了途
探针光更准确地调谐在原子共振线附近以获得较大的非线性极化。被冷却与俘获的原
子样品成为一种新的很好的非线性光學介质例如:有的研究组已将被冷却与俘获的铯
原子样品置于光学谐振腔内,在极低的阈值功率下观察到了双稳、多稳、喇曼光以及量
孓噪声压缩等丰富的非线性量子光学效应
获得了很大的進展所有这些都表明,激光冷却与俘获技术已为我们提供了一种前所未
有的实验手段使我们能够到达并触及微观粒子,窥探原子世界用宏观手段来验证量
表现出来实验上已观察到原子經驻波栅或原子镜产生的布喇格衍射和反射,并因而导
致一门新的分支学科-原子光学的诞生包括原子的"几何光学"与"波动光学"。近年来
甴于通过激光冷却与俘获实现了BEC,从实验中观察到可区分粒子(如原子-光子对)的
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