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量子光学

量子光学

单原子激光的第一束光

美国的物理学家首次制造了具有单个原子的激光器。加州理工学院的Jeff Kimble及其同事通过将冷的铯原子捕获在光学腔中来制造该设备。单原子激光器产生的非经典光可以在量子信息技术中应用(J McKeever 等。 2003 性质 425 268)。

在常规激光器中,将光学活性材料放置在腔体中的两个反射镜之间,然后由电流或另一激光器激发。光学活性材料发出的光子通过材料反射回来,从而刺激了其他光子的发射并导致了激光辐射的产生。这些激光在‘weak-coupling’大量原子和光子。这意味着单个电子或光子的量子涨落对整个激光系统几乎没有影响。

加州理工学院团队制造的设备的不同之处在于原子和光子之间是强耦合的。 Kimble及其同事首先将单个铯原子冷却并捕获在一个微小的光学谐振腔中。接下来,使用激光激发铯原子,然后铯原子衰减到中间状态并发射光子。原子与腔之间的强耦合意味着该光子几乎总是以激光腔模式而不是自由空间发射。然后使用另一激光将原子转移到另一激发态,原子从该态退回到基态。–允许整个处理重复进行。

单原子激光发射的光表现出光子反聚束–量子效应意味着“quieter”或比常规激光器发出的光更有序。它与常规激光器的不同之处还在于,没有发射阈值。尽管单原子激光器的通量很小–每秒少于10万个光子–并且只能运行约十分之一秒,Kimble和同事说,他们的结果“使激光操作达到其概念极限”.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者