27、量子光学与原子光学的新进展

量子光学与原子光学的新进展

1. 相敏拉曼散射

相敏拉曼散射是一种新型的拉曼散射，它源于对原子 - 光界面的操控。其实现步骤如下：
1. 准备原子自旋波 ：在原子系综中初步制备原子自旋波。
2. 注入光束 ：将强泵浦光束（P）和弱斯托克斯光束（S）同时注入原子中，使其与原子自旋波相互作用。
3. 产生相敏特性 ：当斯托克斯光束 S 与原子自旋波具有稳定的相位关系时，输出斯托克斯光 $S_{out}$ 的强度会随输入斯托克斯光束与原子自旋波之间的相位差而变化。

这种相敏特性是相敏拉曼散射相较于其他拉曼散射过程的独特优势。光学相移对传播距离的变化非常敏感，而原子自旋激发的相位则对磁场、电场和光场引起的原子内部状态变化敏感。因此，相敏拉曼散射在光学位移、弱磁场和弱电场的精密测量方面具有潜在应用。

2. 光学量子相关干涉仪

在精密测量领域，光学干涉仪是有效的工具。例如，马赫 - 曾德尔干涉仪是当今引力波天文台（GWO）的核心部分。然而，干涉仪在测量相位变化时，其测量精度长期以来一直面临挑战，主要限制来自输入终端的真空噪声波动，即标准量子极限（SQL），也称为散粒噪声极限。

2.1 突破标准量子极限的方法

1981 年，有人指出，如果使用像压缩光这样的非经典光源作为干涉仪的输入，可以降低系统噪声，提高信噪比（SNR），从而使相位测量的灵敏度超越标准量子极限，甚至达到海森堡极限（HL）。此后，多个实验小组将压缩态光源注入干涉仪，以提高干涉仪的信噪比并突破 SQL。理论研究也表明，应用