圖1.壓縮激光原理示意圖

近日，山西大學光電研究所利用壓縮庫增強光學參量耦合新方案，實驗實現了一種壓縮激光新型光源。相關研究成果“Reservoir-engineered squeezed lasing through the parametric coupling”發表于物理學頂級期刊Physical Review Letters上。山西大學為第一單位和通訊單位。其中，山西大學光電研究所博士生田宇航為論文第一作者，王雅君教授和鄭耀輝教授為通訊作者。山西大學光電研究所博士生王煒杰，太原科技大學孫小聰副教授，清華大學李宇航副研究員，山西大學光電研究所田龍教授和史少平講師參與本項工作。山西大學申恒教授和天津大學秦偉教授參與討論，為研究提供了寶貴建議。

與壓縮態光場相比，壓縮激光同時兼顧了經典激光的相干性與壓縮真空的量子性，在量子光學領域甚至更廣闊的物理學領域具有潛在的應用價值。然而，激光優越的相干性是受激輻射光放大強相互作用的產物，在激活粒子受激輻射的過程中，量子特性則被破壞;壓縮態光場的制備則依賴于自發輻射過程，通過相敏操控弱相互作用實現量子關聯特性保持，此過程卻惡化了輸出光場的相干性。因此，現有激光激發和壓縮態制備方案均無法實現光場相干性與量子性的統一，這為壓縮激光的實驗制備帶來了巨大挑戰。

圖2.激光和壓縮特性相統一實驗測試結果

該項研究基于本課題組的高壓縮度壓縮態光場制備技術，利用壓縮真空態編輯光學參量耦合中真空庫的技術方案，解決了激光相干性與壓縮態量子性無法統一的難題，首次在實驗上制備了高功率、窄線寬、高壓縮度壓縮激光全新量子資源。具體為：建立了壓縮激光噪聲演化理論模型，提出了庫編輯的光學參量耦合制備壓縮激光的全新技術方案。發展了低損耗、無相變的光學參量振蕩器、強參量耦合和單模選擇技術，實驗制備了最高壓縮度為-6.1 dB、線寬為15 kHz(接近初始激光線寬)和輸出功率為2.6 mW的壓縮激光。該工作首次演示了壓縮態抑制腔增強系統中的相變過程，實現了強參量耦合系統中量子態的有效保持，拓展了壓縮態在實際物理系統中的應用。

該研究得到國家自然科學基金杰出青年科學基金項目、國家重大科研儀器研制項目、國家自然科學基金聯合基金集成項目、國家自然科學基金面上與青年項目和國家重點研發計劃項目的支持。

審核編輯 黃宇