冷原子物理和量子信息（PPT讲稿）相干原子介质中的时空光子弹（浙江师范大学物理系：李慧军）

第六届全国冷原子物理和量子信息青年学者学术讨论会 相干原子介质中的时空光子弹 报告人:李慧军 浙江师范大学物理系 2012817浙江金华

1 相干原子介质中的时空光子弹 报告人: 李慧军 2012.8.17 浙江 金华 浙江师范大学物理系 第六届全国冷原子物理和量子信息青年学者学术讨论会

主要内容 口背景介绍 口模型选取 口主要结果 口结论

2 主要内容  背景介绍  模型选取  主要结果  结论

背景介绍

3 背景介绍

背景介绍 光场在传统介质中传播的特点 非共振体系 共振体系 弱非线性 VS 强非线性 吸收小 吸收大 VEC V<<C

4 强非线性 吸收大 v<<c 弱非线性 吸收小 v=c 非共振体系 共振体系 光场在传统介质中传播的特点 背景介绍 VS

背景介绍 解决方案 电磁感应 VS 主动拉曼 透明介质 增益介质 电磁感应透明 Electromagnetically induced transparency(ET) 利用共振可提高非线性;吸收被很好的抑制;V>C

5 电磁感应透明 Electromagnetically induced transparency (EIT): 利用共振可提高非线性；吸收被很好的抑制； 电磁感应 透明介质 解决方案 (Kocharovskaya,Harris,1991) 背景介绍 VS 主动拉曼 增益介质 主动拉曼增益Active Raman gain (ARG): 利用共振可提高非线性；具有可控的增益； v c g >> v c g <<

能级|3> 背景介绍 1.电磁感应透明EIT) 探测场 能级|2> 什么是电磁感应透明? 但若引入另一束较强的控制光,使 口当一束强度较弱,脉宽较大的探 原子的两个通道之间产生量子干涉 测光入射到两能级原子体系时, 相消,抑制原子对探测光的吸收,称 原子对光有强烈吸收介质对光 为电磁感应透明 Kocharovskaya, 是不透明的 Harris, 19911 Q2=9(K20)p(kn20电磁感应透明口改变光的色散性质(透明、慢光) 为什么重要?口增强介质的非线性 600(b) g2=0-,-g=5×10s1 3001(c) =5×10s1 300 390 -0.2 0.2 -0.2 0.0 0.2

6  改变光的色散性质（透明、慢光） -0.2 0.0 0.2 0 300 600 c=0 c=5X107s -1 Im(K) /3 (b) ❖ 但若引入另一束较强的控制光，使 原子的两个通道之间产生量子干涉 相消, 抑制原子对探测光的吸收, 称 为电磁感应透明 [Kocharovskaya， Harris, 1991]  当一束强度较弱, 脉宽较大的探 测光入射到两能级原子体系时, 原子对光有强烈吸收, 介质对光 是不透明的 什么是电磁感应透明？ 电磁感应透明 为什么重要？ 1.电磁感应透明(EIT) -0.2 0.0 0.2 -300 0 300 c=0 c=5X107s -1 Re(K) /3 (c) 背景介绍 c 能级 |2>  增强介质的非线性 (Kz- t - ) ) k t 0 ( z = p p i p i p e e     能级|1> 能级|3> 探测场

背景介绍 EIT介质的特性及其相关应用 口控制介质对入射光的吸收 全光开关 Harris Y Zhu 口改变脉冲的群速度 脉冲储存 Fleischhauer& Lukin hau →脉冲压缩 Phillips 口增强介质的Ker非线性 →高效多波混频 Harris Hemmer& Lukin Deng Wi 光孤子Wu& Deng Huang 量子相位门及其他量子计算 Ottaviani Petrosyan 口其他应用: →可控能隙介质 Lukin 高精密光钟Ye 一冷分子凝聚Pu& Zhang →瞬态及光学混沌ⅹao EIT: Electromagnetically induced transparency

7 EIT 介质的特性及其相关应用  控制介质对入射光的吸收 →全光开关 Harris Y. Zhu  改变脉冲的群速度 →脉冲储存 Fleischhauer & Lukin Hau →脉冲压缩 Phillips  增强介质的 Kerr 非线性 →高效多波混频 Harris Hemmer & Lukin Deng Wu →光孤子 Wu & Deng Huang →量子相位门及其他量子计算 Ottaviani Petrosyan  其他应用： →可控能隙介质 Lukin →高精密光钟 Ye →冷分子凝聚 Pu & Zhang →瞬态及光学混沌 Xiao 背景介绍 EIT: Electromagnetically induced transparency

背景介绍 2主动批曼增益介质 (Active Raman gain: ARG) △ A型 N型 2|2) 2|2) 初始时,粒子布居在1>态由于单光子失谐量很大,所以只有极少数粒子布 居在项能级,从而形成一个拉曼过程,而2>态初始时没有粒子,所以对信 号场来说是一个增益过程

8 初始时，粒子布居在|1>态,由于单光子失谐量很大，所以只有极少数粒子布 居在顶能级，从而形成一个拉曼过程，而|2>态初始时没有粒子，所以对信 号场来说是一个增益过程。 2 主动拉曼增益介质 （Active Raman gain: ARG） 1 2 3 2 3 P S 4 C 4 L型 N 型 背景介绍 1 2 3 2 3 P S

背景介绍 控制ARG的增益 入型92=92e i(ksz-Ost)i(Kz-ot) N型 0.8 30 Im(K Re(K 0.4 之 c 0.0 0-15 04 0.3 0.0 0.3 3 (10s) 0)(10°s) ARG: Active Raman gain

9 控制ARG的增益 -3 0 3 -15 0 15 30 dispersion curve (cm-1 )  -Im(K) Re(K) (106 s -1) L 型 N 型 背景介绍 (k z- t) (Kz- t) = 0 s s i i s s e e     -0.3 0.0 0.3 -0.4 0.0 0.4 0.8 (106 s -1) -Im(K) Re(K)  ARG：Active Raman gain

背景介绍 ARG介质的特点 口1.光场的群遠度超光速L. J. Wang,etal, Nature,200 口2.不仅介质对光场无吸收。而且还有可控的增益 日3.巨Ker非线性L.Deng,etal,PRL,2007 □4.可在温或热原子中实现 ARG: Active Raman gain

10 ARG 介质的特点  1. 光场的群速度超光速 L.J.Wang,et al,Nature,2000.  2. 不仅介质对光场无吸收，而且还有可控的增益  3. 巨 Kerr 非线性 L.Deng,et al,PRL,2007  4. 可在室温或热原子中实现 背景介绍 ARG：Active Raman gain