以色列研究人员首次测量到超快量子光脉冲4/14

1040纳米BSV的产生及其特性

以色列理工学院的研究人员首次测量了一种特殊量子光——明亮压缩真空态(BSV)——单个脉冲的时间长度。相关成果发表于《光学》期刊。

测量不可测之物

明亮压缩真空态是一种独特的量子光态。尽管它形式上被认为是"真空态"，其电场平均值也为零，但由于压缩效应，它的电场存在巨大的量子涨落。

这与普通强激光产生的典型光(即相干态光)形成鲜明对比，后者仅表现出极微弱的量子涨落。而对于BSV，这种涨落可以产生极其强烈的光脉冲，单个脉冲可包含高达一万亿(10¹²)个光子，因此得名"明亮压缩真空态"。此前，从未有人测量过单个BSV脉冲的时间长度。

以色列理工学院团队利用一种新型干涉测量技术，成功重建了每个单独量子脉冲的电场。他们将具有极大量子涨落的BSV光与经过精确控制的激光脉冲通过分束器叠加。当两束光重合时，会产生干涉图样。

通过记录大量这样的图样并进行分析，研究人员得以确定每个脉冲的电场随时间变化的形状。

测量结果显示，每个记录的BSV脉冲仅持续约27飞秒(27千万亿分之一秒)，属于超快时间尺度。研究人员还验证了，在平均多个脉冲后，BSV的电场确实趋近于零——这是光处于真空态的标志性特征。

极端物理学的工具

超短且强烈的脉冲对于驱动高度非线性光学过程，以及在阿秒(十亿亿分之一秒)时间尺度上观察凝聚态物质中的电子运动至关重要。

研究人员认为，BSV有望成为探索极端光-物质相互作用的强大工具。由于其量子本质，BSV与材料的相互作用预计比传统的相干态激光更为温和。这一特性使科学家能够在极端条件下研究物质而不造成损伤，这正是未来实验的一个关键目标。

该研究由以色列理工学院物理系、固态研究所和海伦·迪勒量子中心的Michael Krüger博士和博士生Yuval Kern领导。合作者包括该校的Oren Cohen教授、Pavel Sidorenko教授和Ido Kaminer教授，以及德国埃尔朗根马普光科学研究所的Andrei Rasputnyi做出了重要贡献。

Krüger博士表示："这仅仅是个开始。明亮压缩真空态为研究超快电子动力学以及推动非线性光学边界带来了令人兴奋的可能性。"

这项研究标志着量子光学和超快科学领域的一项重要进展。