山西大学实现一种压缩激光新型光源

近日，山西大学光电研究所利用压缩库增强光学参量耦合新方案，实验实现了一种压缩激光新型光源。相关研究成果“Reservoir-engineered squeezed lasing through the parametric coupling”发表于物理学顶级期刊Physical Review Letters上。山西大学为第一单位和通讯单位。其中，山西大学光电研究所博士生田宇航为论文第一作者，王雅君教授和郑耀辉教授为通讯作者。山西大学光电研究所博士生王炜杰，太原科技大学孙小聪副教授，清华大学李宇航副研究员，山西大学光电研究所田龙教授和史少平讲师参与本项工作。山西大学申恒教授和天津大学秦伟教授参与讨论，为研究提供了宝贵建议。

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图1.压缩激光原理示意图

与压缩态光场相比，压缩激光同时兼顾了经典激光的相干性与压缩真空的量子性，在量子光学领域甚至更广阔的物理学领域具有潜在的应用价值。然而，激光优越的相干性是受激辐射光放大强相互作用的产物，在激活粒子受激辐射的过程中，量子特性则被破坏；压缩态光场的制备则依赖于自发辐射过程，通过相敏操控弱相互作用实现量子关联特性保持，此过程却恶化了输出光场的相干性。因此，现有激光激发和压缩态制备方案均无法实现光场相干性与量子性的统一，这为压缩激光的实验制备带来了巨大挑战。

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图2.激光和压缩特性相统一实验测试结果

该项研究基于本课题组的高压缩度压缩态光场制备技术，利用压缩真空态编辑光学参量耦合中真空库的技术方案，解决了激光相干性与压缩态量子性无法统一的难题，首次在实验上制备了高功率、窄线宽、高压缩度压缩激光全新量子资源。具体为：建立了压缩激光噪声演化理论模型，提出了库编辑的光学参量耦合制备压缩激光的全新技术方案。发展了低损耗、无相变的光学参量振荡器、强参量耦合和单模选择技术，实验制备了最高压缩度为-6.1 dB、线宽为15 kHz（接近初始激光线宽）和输出功率为2.6 mW的压缩激光。该工作首次演示了压缩态抑制腔增强系统中的相变过程，实现了强参量耦合系统中量子态的有效保持，拓展了压缩态在实际物理系统中的应用。

该研究得到国家自然科学基金杰出青年科学基金项目、国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金联合基金集成项目、国家自然科学基金面上与青年项目和国家重点研发计划项目的支持。

相关链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/3bdr-njhy