基于增强拉曼散射的光子原子双模压缩态的实现

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．1(2014)014202基于增强拉曼散射的光子一原子双模压缩态的实现术邵辉丽)2)李栋)闫雪)陈丽清)袁春华1)t1)(华东师范大学光与原子量子研究所，物理系，上海200241)2)(上海工程技术大学基础学院物理系，上海201620)(2013年8月16日收到；2013年8月29日收到修改稿)拉曼散射过程中利用原子系综中初始制备的自旋激发(原子相干性)，以及注入与原子系综中初始制备的自旋激发相关联的种子光场都可以极大的提高光场频率转换的效率，实现增强拉曼散射．本文理论

2、上计算了增强拉曼散射过程中原子一光场量子界面的正交分量的量子起伏，得到了相干性导致的增强拉曼散射，只能在一定的范围内稍微提高初始光子一原子的压缩度；而关联增强拉曼散射，能够制备很强的光子一原子间的双模压缩．这样强压缩度的光子．原子量子界面，对于利用光场和原子系统实现量子精密测量研究有着非常重要的应用．关键词：光子一原子关联，增强拉曼散射，双模压缩态，量子噪声PACS：42．50．一P，42．65．一k，03．67．Bg，42．65．DrDOI：10．7498／aps．63．014202光一起注入到非线性SU(1，1)干涉仪

3、[17]，利用压引言缩光来降低噪声，同时又利用SU(1，1)干涉仪放大测量信号的强度，使得干涉仪的相位测量的精度可压缩态是一种非经典的量子态，其中某一正以接近海森堡极限(Heisenberglimit)[18】．压缩态交分量的量子涨落被压缩，而另一正交分量的涨的这种特性不仅在光场方面，而且在原子系统方面落则相对变大【1】．由于压缩态的这种性质，使得压都有着广泛的应用．譬如利用原子的自旋压缩态缩态在量子光学、量子信息领域及量子精密测量研可以实现量子态的存储，精密磁场的测量[11,12】．正究方面被广泛应用[2-16]．尤其是

4、压缩态可降低测由于有广泛的应用，如何制备高压缩度的光场以及量信号的量子噪声，提高测量精度这一特性引起高强度的原子自旋压缩态的研究已经开展了很多很多科研工作者的兴趣[3-9】．1981年Caves建议将年【2，5，101．但是在制备光子一原子问的压缩，以及如压缩光作为探测光应用到干涉仪中，可以提高光何提高它们间的压缩度的研究很少[19,20]．而高压场相位的测量精度，突破光场相位测量的散粒噪缩度的光一原子的量子界面，对于利用光场和原子声极限(shot—noise—limit，SNL)又称为标准量子极系综实现量子态的操控、光场

5、相位及磁场的高精密限(standardquantumlimit，SQL)【7Jj后来该方案被Xiao等【0】在实验上完成．1990年Nabor等[0]将的量子测量，起着非常重要的作用[19]．在本文中，强度差压缩光应用到微弱信号探测方面，测量到基于我们前期在增强拉曼散射方面的实验和理论突破散粒噪声极限的测量结果．2010年西班牙的研究工作的基础上[21-24]，提出一种新的方法，即Mitchell[1O】小组，利用光场的压缩态，实现了磁场利用增强拉曼散射实现高强度的光子一原子之间的测量精度突破SNL．最近，我们将压缩真空与

6、相干双模压缩．}国家自然科学基金(批准号：11004058，11004059，11274118)、上海市教育委员会科研创新重点项目(批准号：13zz036)、中央高校基本科研业务费专项资金和上海高校青年骨干教师国内访学(批准号：B一8938—11—0553)资助的课题．十通讯作者．E—mail：chyuan@pby．ecnu．edu．ca@2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyttp：／／wulixb．iphy．ac．c佗014202—11物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．1(

7、2014)014202和，用下标“1”标注表示白发拉曼散射，即又1和2增强拉曼散射产生的原子一光场双．经计算，正交分量戈和的涨落为模压缩态()=cosh2rl+cos~1sinh2(4a)2．1拉曼散射产生的原子一光场双模压缩态(△)=(cosh21一c。sinh2r1)，(4b)我们首先回顾A型三能级原子系综中的拉曼其中r1=lgoa1I，为抽运脉冲持续时间．选择散射过程[25-27】，如图1所示，一束频率为。的强COS1=1，得到原子和光场正交振幅相位分量1，相干抽运光场ap与原子态Ie)1g)的跃迁相耦的起伏为合，△

8、为单光子失谐．原子在抽运光的驱动下，从(△贾)=()一()=1e2n，(5a)基态能级Ig)跃迁到态lS)同时放出斯托克斯光子，此过程为一般拉曼散射．a，b分别为光场和原子场(△)=()一()=e-2r1．(5b)湮没算符，假设在初始时刻t=0，散射斯托克斯由f5)式可以得到，受激发的原子和散射的光场问