光的壓縮態（或壓縮光）是一種非經典光，是量子光學的一個有趣的課題，其實驗研究始于 20 世紀 80 年代。

用于表示光場中某種模式下光狀態的復相量，可以最好地理解為壓縮光。經典物理學，這種狀態可以用某個相量（或其在復平面中的端點）來表示。然而，根據量子光學，存在量子不確定性，并且對光場的復振幅的任何測量都可以在不確定性區域，而且不確定性區域內提供不同的值。此外，光場的正交分量存在不確定性關系，即兩個分量的不確定性的乘積至少是普朗克常數的某個量h。

格勞伯相干態具有圓對稱的不確定性區域，因此不確定性關系決定了一些最小噪聲幅度，例如幅度和相位。該不確定區域的面積與平均幅度無關，即它不能通過衰減光來減小，僅通過“擠壓”不確定性區域、減小其在幅度方向上的寬度，同時增加其在正交方向上的寬度，使得相位不確定性增加，才能進一步減少幅度噪聲。這種光稱為振幅壓縮（見圖 1，左）。相反，相位壓縮光（圖 1 中）減少了相位波動，但代價是振幅波動增加。

圖1:光的不同壓縮狀態，用相量圖表示。藍色橢圓表示不確定區域。

當然，也存在不確定區域的方向與所示情況不同，或者不確定區域的形狀與橢圓形狀不同的壓縮狀態。例如，存在光子數壓縮狀態，其光子數的不確定性降低，但可能具有完全的相位不確定性。（一種極端情況是Fock states，具有一定的光子數。）在任何情況下，某些噪聲分量都低于標準量子極限。

還有所謂的壓縮真空（圖1右），不確定區域的中心（對應平均振幅）位于坐標系的原點，波動在某個方向上減小。在這種情況下，平均光子數大于零；壓縮真空僅在平均振幅（而不是平均光子數）為零的意義上才是“真空”。平均振幅非零的壓縮光也稱為亮壓縮光。

量子噪聲還會導致偏振波動，這種波動在偏振壓縮光中會減少。

壓縮光的產生

壓縮光通常是利用某些光學非線性相互作用從相干態或真空態的光產生的。例如，具有真空輸入的光學參量放大器可以產生壓縮真空，從而使一個正交分量的噪聲降低 10 dB 量級。在某些情況下，可以通過倍頻來獲得明亮的振幅壓縮光中較低程度的壓縮。光纖中的克爾非線性也產生振幅壓縮光。當半導體激光器使用穩定的泵浦電流運行時，可以產生振幅壓縮的光。擠壓也可能由原子-光相互作用引起。

另一種可能性是使用光量子擠壓器[ 22 , 28 ]。這里，與強度噪聲相關的輻射壓力的波動調制光諧振器中的光的路徑長度，從而引起幅度和相位噪聲之間的相關性。

應用領域

原則上，壓縮光可用于許多領域，因為它允許在減少量子噪聲的情況下進行測量。一個例子是使用大型干涉儀探測引力波的超精確長度測量。特別是，先進的 LIGO Hanford 設置配備了該技術，在 2015 年首次探測成功之前，該技術大大提高了測量靈敏度[23]?[26]。

到目前為止，壓縮光的使用還不是很廣泛，主要是因為它受到各種困難的困擾。例如，任何光學損耗都會使光的壓縮狀態更接近相干狀態，即傾向于破壞非經典特性。然而，至少在基礎量子光學研究中，光的壓縮態發揮著重要作用