Intracavity Multi-Photon-Absorption and the Quantum Noise Spectrum of Light

Authors


  • Dedicated to Prof. Dr. Harry Paul on the occasion of this 60th birthday.

Abstract

The intensity noise spectrum is investigated quantum-mechanically for incident coherent light passing through a resonator which is filled with a k-photon-absorber. For k⩽ 2 the noise of the outgoing light is reduced below the shot noise level the reduction being maximal for frequencies that are small in comparison to the cavity bandwidth. It turns out that the highest possible value of this low-frequency noise reduction is obtained when the resonator losses due to transmission through the outcoupling mirror are 2k – 1 times as large as the k-photon absorption losses. In this case the noise at zero frequency is reduced with respect to the shot noise level by a factor of k/(2k – 1).

Abstract

Quantenrauschen bei Mehrphotonenabsorption im Resonator

Für kohärent eingestrahltes Licht, das einen mit einem k-Photon-Absorber gefüllten Resonator durchläuft, wird das Intensitäts-Rauschspektrum quantenmechanisch unter-sucht. Für k ⩽ 2 liegt das Rauschen des austretenden Lichtes unterhalb des Schrotrauschens, wobei die Rauschreduktion für Frequenzen, die klein im Vergleich zur Resonatorbandbreite sind, am größten ist. Es stellt sich heraus, daß diese niederfrequente Rauschunterdrückung ihren höchsten Wert erreicht, wenn die Resonatorverluste, die infolge der Transmission durch den Auskoppelspiegel entstehen, 2k – 1 mal so groß sind wie die k-Photonen-Absorptionsverluste. In diesem Fall reduziert sich das Rauschen bei der Frequenz Null im Vergleich zum Schrotrauschen um den Faktor k/2k — 1.

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