具有巨高阶关联与极端多光子事件的超聚束光

发射具有强关联的 N 光子束的非经典光源是具有跨学科重要性的多功能资源，应用范围从量子力学的基础测试到量子信息处理。然而，用于量化光子关联的高阶关联 $g^{(N)}(0)$ 仍被限制在数百以内。在此，我们通过测量光子数概率分布，报道了在光子晶体光纤中产生的一种超聚束光源，其 $g^{(2)}(0)$ 达到 5.86*10^4，$g^{(5)}(0)$ 高达 2.72*10^8。在巨大的 $g^{(2)}(0)$ 值下，该超聚束光源呈现出上翘尾部光子分布和无处不在的极端多光子事件，其中在平均每脉冲 1.99*10^-4 个光子的单个光脉冲中确定了 31 个光子。与具有泊松分布的相干激光相比，该极端事件的概率被增强了 10^139 倍。通过改变泵浦激光的功率，该光源的光子数分布及相应的高阶关联可以从泊松分布到超聚束分布进行大幅定制。这些现象归因于明亮压缩光泵浦的光子晶体光纤中的同步非线性相互作用，且理论模拟与实验结果吻合良好。我们的研究展示了获得具有巨高阶关联和极端多光子事件的非经典光源的能力，为高阶关联成像、极端非线性光学效应、量子信息处理以及探索多光子物理的光与物质相互作用铺平了道路。