單光子發(fā)射器通常表現(xiàn)出一種稱為反聚束的發(fā)射行為。這意味著在檢測(cè)到第一個(gè)光子后檢測(cè)到第二個(gè)光子的概率被抑制。通過(guò)使用兩個(gè)這種單光子發(fā)射器(以捕獲鈣離子的形式)，可以創(chuàng)建由兩個(gè)單個(gè)鈣離子組成的光源。

如果散射光不包含其產(chǎn)生離子的信息(通過(guò)測(cè)量遠(yuǎn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn))，則可以觀察到該光源的一些有趣特性。如圖 1 所述，雙離子系統(tǒng)可以用 Dicke-Basis (Wolf et al. 2020)* 來(lái)描述。有趣的是，反對(duì)稱態(tài)|a>不耦合到激光場(chǎng)。該系統(tǒng)現(xiàn)在顯示了典型單光子發(fā)射器的行為，如果它在對(duì)稱衰減通道中驅(qū)動(dòng)，則是一種反束光子統(tǒng)計(jì)。如果以系統(tǒng)最終處于反對(duì)稱情況的方式發(fā)射光子，則驅(qū)動(dòng)激光器將變得不可見(jiàn)，并且必須發(fā)射第二個(gè)光子才能使系統(tǒng)回到基態(tài)t0。這種在短時(shí)間內(nèi)發(fā)射兩個(gè)光子的行為稱為聚束，通常只能在混沌光源或熱光源中找到。

有趣的是，衰變通道可以通過(guò)捕獲離子晶體的研究角度來(lái)選擇，只需改變觀察它的角度，就可以將光源的發(fā)射統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)從非經(jīng)典的反聚束調(diào)整為經(jīng)典聚束以及介于兩者之間的一切。

圖1

圖2

圖 2 說(shuō)明了所使用的裝置。兩個(gè)鈣離子存儲(chǔ)在分段式 Paul 阱中并冷卻至多普勒極限。發(fā)射的熒光由透鏡收集，該透鏡將離子晶體成像在放大的 CCD 相機(jī)上。只有 10% 的光用于此，其余 90% 的光由 90/10 分束器反射到 Hanbury-Brown 和 Twiss (HBT) 裝置，其中探測(cè)器由兩個(gè)空間分辨的 LINCam 系統(tǒng)取代。CCD 相機(jī)用于監(jiān)測(cè)離子晶體的狀態(tài)，以便在離子損失時(shí)暫停測(cè)量，并在晶體再次準(zhǔn)備就緒后重新啟動(dòng)。HBT 裝置用于記錄所有傳入的雙光子事件，巧合窗口為 +-40ns，精度為 50ps，空間像素為 1000*1000。

從該事件流中，可以即時(shí)計(jì)算二階自相關(guān)和互相關(guān)函數(shù)。實(shí)時(shí)顯示結(jié)果直方圖以監(jiān)控實(shí)驗(yàn)是否成功。

從這個(gè)事件流中，可以動(dòng)態(tài)計(jì)算二階自動(dòng)和互相關(guān)函數(shù)。生成的直方圖將實(shí)時(shí)顯示，以監(jiān)控實(shí)驗(yàn)是否成功。

圖3

圖4

在 [1] 中，測(cè)量是使用雪崩光電二極管和 TDC(時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器)進(jìn)行的。觀察角度由狹縫選擇。使用這種方法，大部分光線被丟棄，因此每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量需要 2-3 天才能收集到足夠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。在圖 3 中可以看到這次測(cè)量活動(dòng)的結(jié)果。獲取 8 個(gè)測(cè)量角度大約需要 30 天。

在 [2] 和圖 4 中，LINCam 被用于重做實(shí)驗(yàn)，目的是測(cè)量超過(guò) 8 個(gè)角度。通過(guò)使用兩個(gè)同步的 LINCam，可以記錄雙光子事件流并動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)這些事件。測(cè)量活動(dòng)再次耗時(shí) 30 天，但提供的觀察角度不僅有 8 個(gè)，而是 96 個(gè)。使用 APD 設(shè)置，活動(dòng)將持續(xù)一年。

審核編輯 黃宇