原子共振不可区分光子对的产生、表征与应用

我们描述了利用非线性光学技术产生原子共振不可区分光子对，利用原子滤波器进行光谱纯化，利用多光子干涉进行表征，以及将其应用于原子量子增强传感的过程。利用 I 型或 II 型腔增强自发参量下转换，我们在光学腔的共振模式中产生光子对，其线宽与原子铷 D$_1$ 线的 6 MHz 自然线宽相当。腔体和泵浦激光器被调谐，使得发射发生在与 794.7 nm 处 D$_1$ 线共振的单模或一对正交偏振模中。利用超窄原子频率滤波器将这些简并频率模式的发射与其他腔发射分离开来，所用滤波器包括线宽为 445 MHz、带外抑制比为 57 dB 的法拉第反常色散光学滤波器 (FADOF)，或线宽为 80 MHz、带外抑制比 $\ge$35 dB 的诱导二向色性滤波器。利用 I 型源，我们展示了光子对振幅与相干态的干涉，并提出了一种表征窄带光子对时间波函数的新方法。利用 II 型源，我们展示了高可见度超分辨干涉、高保真度的原子调谐 NooN 态，以及利用不可区分光子对实现的原子量子增强传感。