“多即是少”——量子压缩态的经典光类比
量子压缩态在数学上可表示为一系列数态的叠加,通过在真空态上叠加数态的方式,实现了降低噪声水平的目标。本课题组
首次提出了量子压缩态的经典光类比,构建了经典压缩态光场的理论模型,以“Structured light analogy of quantum squeezed states”为题,发表于Light: Science & Applications。https://www.nature.com/articles/s41377-024-01631-x;https://rdcu.be/dXy0E
经典压缩态光场可表示为一系列本征模式的叠加,通过在高斯基模上叠加本征模式,实现了“多即是少”的光斑“压缩”效果。与高斯基模的强度分布相比,经典压缩态光场横截面上,沿垂直方向表现出光束尺寸压缩,代价则是沿水平方向的光束尺寸变大。可见,经典压缩态结构光的强度分布,与量子压缩态的相空间概率分布之间具有高度相似性。类比于量子压缩态的产生和探测技术,本工作还提出了经典压缩态光场的定制、探测方法。探测结果表明,经典压缩态结构光的模态谱,与量子压缩态的光子数关联之间具有高度相似性。
紧聚焦条件下,经典压缩态结构光的光斑半峰全宽可由1.27λ压缩至0.87λ,接近光学衍射极限;其局域波矢的半峰全宽可由λ/10量级压缩至λ/100量级(λ为波长),大幅超越光学衍射极限,为精密测量与超分辨成像等应用提供了突破性工具。
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