超冷铷原子中双静止光的相干产生和可控释放

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近几年来,相干控制光脉冲的传播引起了许多学者的注意,它对量子信息的可逆存储和高效加工具有重要的应用价值。而电磁感应透明(EIT)为实现量子网络操纵量子光脉冲的动态传播提供了有效途径,它可以有效的改变和控制传输光场的色散特性,同时有效克服吸收。基于EIT特性人们提出了许多操纵量子光脉冲传输的方法,在冷原子、热原子、杂质固体等系综中都实现了静止光脉冲的制备和可控释放,从理论和实验上为它的进一步应用打下了坚实的基础。另一方面,拍信号在近年来也得到了人们特别的关注,人们利用拍信号来验证光存储和提取过程中的光场相位信息的改变。本文基于电磁感应透明效应,研究在五能级双tripod铷原子系统中(如图1)量子探测场的瞬态和空间的动态传输过程,实现了双静止光脉冲的相干产生和可控释放,并获得高精度的拍信号。图1五能级双tripod铷原子系统通过理论推导,我们分三种方案对四个经典控制场进行调制来研究探测场的动态传输和演化过程。而每个过程又分为三个阶段:探测脉冲的输入,静止光脉冲的形成,光释放。对于第一阶段探测脉冲的输入而言,三种方案是一致的。而第二阶段静止光的形成和第三阶段光释放过程,三者有明显的区别。在第一阶段中,我们首先开启两束拉比频率相等的前向场(Ωc1+和Ωc2+),探测场缓慢进入介质样品中,然后再绝热关闭这两个前向场,实现探测场的输入。接下来对不同方案中的第二、三阶段分别进行讨论。方案一研究如何将探测场劈裂成一对相关联的量子场,并在样品的入口和出口处对其释放。在第二阶段中,打开两个前向场和两个后向场,并满足c1c2c1c2。前向探测场和后向探测场静止在介质中形成静止光脉冲,这个静止光脉冲存在由两个暗态极化子模式导致的两个不可区分分量。在第三阶段我们开启一束前向场Ωc1+和一束后向场Ωc2-,此时两个分量演化成一对沿相反方向传输的非耦合的暗态极化子模式,在样品的入口和出口处将其释放出来。方案二进一步研究在不同时间将探测场转化为一对静止光脉冲,并在样品的出口处释放这一对有关联的量子场。在第二阶段中首先开启控制场Ωc1+和Ωc1-,自旋原子波包N201(z, t)产生静止光脉冲,然后第三阶段我们开启控制场Ωc1+,静止光脉冲的前向分量运动到介质出口释放出来。接下来在τ时间延迟后开启控制场Ωc2+和Ωc2-产生新的静止光脉冲,这样我们在介质的出口处又释放出一束静止光脉冲。方案三我们基于在第二阶段产生的两束不可区分的静态光脉冲来获得静态拍信号,并在第三阶段以拍信号的形式对一束前向量子场进行释放。在第二阶段,我们打开两个前向场和两个后向场保证Ωc1+=Ωc2+=Ωc1-=Ωc2-,当c1+≠c2+时,两个相关联静止光脉冲会相互干涉产生振荡频率为b eat c1c2的拍信号。在第三阶段,保证两个前向场非零,满足一定的失谐时,我们在样品的出口处观测到了以拍信号形式输出的一对不可分离的量子场。这三种方案所产生的静止光脉冲都是双色的,相比单色静止光脉冲而言,双色场静止光脉冲不会经历明显的损失和耗散而具有明显的优势。我们所设计的模型很好的消除了由原子自旋相干和原子光学相干激发的高阶傅里叶项所产生的快速耗散。更有意思的是,在静止光脉冲产生的过程中我们获得了高精度的拍信号。这种干涉拍信号在绝热条件下可以度量散粒噪声的精度,研究电磁场的振幅等实际应用。我们预期这个发现能被用在量子场甚至单光子量级探索新颖的光子器件,如光路由,分束器,节拍脉冲发生器等。
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