10、压缩光：原理、特性与应用潜力

压缩光：原理、特性与应用潜力

1. 压缩光简介

在光的众多状态中，压缩光是一种非常特殊且实用的状态。与相干光相比，压缩光在相位或振幅正交分量上的不确定性能够降低，这一特性使其在计量学领域具有极高的应用价值。

2. 非线性光学的经典描述

2.1 产生压缩光的方法

产生压缩光的有效手段之一是利用非线性介质中的参量振荡。常见的非线性材料有铌酸锂（LiNbO₃）和磷酸钛氧钾（KTP）。1985 年，Slusher 等人首次在实验中成功产生了压缩光。

2.2 参量振荡器的经典描述

参量振荡器的经典描述涉及非线性介电极化（单位体积的偶极矩）。“参量”意味着振荡器的某个参数随时间周期性变化，例如摆动摆锤的长度周期性改变。在光学参量过程中，强相干源（泵浦激光）会调制非线性材料的极化，这是因为极化 P 与外加电场存在非线性依赖关系。

极化 P 与总电场 E 的关系如下：
[P(E) = \epsilon_0\chi^{(1)}E + \epsilon_0\chi^{(2)}E^2 + \cdots]
其中，(\chi^{(1)}) 是一阶线性电极化率，(\chi^{(2)}) 是二阶电极化率（非线性项），更高阶的非线性项依次类推。典型情况下，(\chi^{(1)}) 的量级为 1（无量纲），(\chi^{(2)}) 通常约为 (10^{-12} m/V)，且高阶项通常迅速减小。

假设一个角频率为 (\omega) 的相干场和一个角频率为 (2\omega) 的泵浦场输入到 KTP 等非线性材料中，总外加电场（假设位置 (r = 0)）可表示为：
[E = A