利用双光子进行信号探测及其在类轴子粒子搜索中的潜在应用

本文提出了一种用于探测与入射光子数变化相关的光信号的新光学系统。该系统利用通过自发参量下转换（SPDC）产生的光子对的量子关联。若存在信号，将扰动入射光子的通量。被扰动的光子流首先经过发生SPDC的双折射晶体投影，将单个高能光子转换为一对低能光子。每对中的光子最终到达独立的探测器。通过考察双光子关联，利用探测器处依赖于主泵浦光子流位移与光子数变化的概率分布，可确定光子流的小光学位移及其方差。入射光子数的变化，换言之光信号的存在，不影响所测光学位移值的平均值。然而，当入射光子数改变时光学位移测量方差的变化可探测光信号。该光学装置利用量子关联实现了低噪声、极高精度与灵敏度的光信号探测。所提技术在实验高能物理中类轴子粒子搜索方面具有潜在应用。