单光子水平的超快全光开关原理性实验得以实现

单光子水平的超快全光开关原理性实验得以实现

实现弱光超快光学门光-光放大技术是近年超快时间分辨光谱测量的一个新研究方向，其原理是非线性光参量放大，以一束泵浦激光入射到非线性光学晶体上，如果注入一束弱种子光，弱光将被放大，同时另一共轭光也被放大输出。目前世界上尚未实现单光子水平的弱光控制强光的开关；同时传统的单光子水平的全光开关多在原子系统实现，一般不具备超快性能和大带宽特性。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室软物质物理实验室翁羽翔研究组在国家自然科学基金委的支持下开展了相干/非相干弱光的飞秒光学门光-光放大研究，完成了非相干荧光光子在150fs时间门内（受激光脉宽限制）非相干光-光放大增益为106， 探测极限为15个光子等系列工作。

最近该协作团队利用相干光为注入种子光源，实现了由弱光控制强光束的超快全光开关的原理性实验，并将注入光子数降到单光子水平，在实验上演示了单光子水平的超快全光开关。结果显示，平均每个开关脉冲只含0.75个光子，而被开/关的较强的信号光每个脉冲含5.9108个光子。开关总时间小于400fs，带宽10 nm；开/关的光斑图案可明确定义，可在室温下工作，并且可以多级串联起来，实现性能增益。