碱金属原子跃迁波段高品质量子光源的实验实现

量子光源是量子光学、原子分子物理、量子信息科学以及量子计量学等学科领域研究中不可或缺的工具。这些领域的发展也很大程度上依赖于对原子系统和量子光源之间相互作用的深入研究。正因如此，这些领域对与原子跃迁波段直接相匹配的量子光源的需求日益增加，尤其是对其量子光学品质提出越来越高的要求。.利用碱金属原子系综的非线性量子光学效应来产生与原子跃迁波段直接自然匹配的量子光源，目前在国际上被认为是一个极具发展前景的方案。本项目顺应这一国际发展趋势，开展碱金属原子跃迁波段的高品质量子光源的实验研究。将原子量子控制的思想与提高光源的量子光学品质有机结合，发展出产生基于碱金属原子系综的高品质量子光源的新技术。具体而言，实现（1）高品质的正交压缩光源；（2）连续变量多组份量子纠缠光源。本项目的研究将进一步丰富光与物质相互作用的内容，同时为推动量子光源在量子计量学、量子信息科学等领域的应用开辟新的技术途径。

在项目的资助下，围绕碱金属原子跃迁波段量子光源的实验产生和应用而展开，主要做了两方面的事情：（1）量子光源产生方面：(i)在实验上利用钛宝石激光器和热的铷85蒸气中的四波混频获得了具有6dB压缩度的D1线上的量子关联孪生光束，低频压缩可以达到1.5KHz，并且研究了泵浦光对系统压缩带宽的影响，论文发表在optics letters上；(ii)利用半导体激光器及其放大器，同样获得了7 dB压缩度的D1线上的量子关联孪生光束，低频压缩可以达到8KHz，论文发表在optics letters上，并且获得授权专利一项；（2）量子光源应用方面：(i)利用四波混频过程取代通常的线性光学分束器，建立起了非线性量子干涉仪，得到可见度达到接近1的干涉现象，研究了系统的干涉极大值与相敏场强度的平方依赖关系，相关成果发表在Applied Physics Letters上；(ii)研究了系统干涉可见度对系统参数的依赖关系，并且发现这个干涉装置的干涉可见度在很大的系统参数范围里都可以达到0.9，这对于此干涉仪在量子测量中的应用有着重要的意义，论文也发表在Applied Physics Letters上；(iii)利用四波混频过程产生的横模斑图反馈到系统的注入端，实现了相干反馈机制下的光学逻辑“或门”和“或非门”，论文发表在Applied Physics Letters。目前总共发表标注论文资助的SCI论文11篇，其中Applied Physics Letters3篇，Optics letters两篇，Physical Review A三篇，一篇邀请综述Chinese Science Bulletin。获得授权专利一项。会议论文12篇，其中国际会议论文六篇（两篇邀请报告）,六篇国内会议论文。在项目资助期间，项目成员获得2010 年教育部“新世纪优秀人才”，2009 上海市“东方学者”特聘教授，2011 上海市“曙光学者”，2009 上海市“浦江学者”以及上海市人才发展资金，教育部留学回国人员基金，华东师范大学创新基金，国家重点实验室优秀青年培养基金的资助。在项目资助期间，先后派三名优秀的博士生去美国和加拿大的重要研究机构进行合作交流。