專利名稱：光學(xué)鎖定光子回波裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光子回波裝置及其方法，特別涉及一種包括具有3個能級的非線性光介質(zhì)和生成在光介質(zhì)的能級之間共振的至少5個光脈沖的光脈沖發(fā)生部的光學(xué)鎖定光子回波裝置及其方法。
背景技術(shù)：
從需要較短存儲時間的量子電腦到需要較長存儲時間的長距離量子密碼等量子通訊，在量子信息的進(jìn)行過程中量子信息存儲是必要的組成因素。與所有經(jīng)典光存儲器一樣，量子存儲器的性能也取決于寫入速度、寬帶及存儲時間。雖然已經(jīng)成功證明利用靜止光的慢速光量子存儲器能存儲量子數(shù)據(jù)，但是存在有限的存儲時間和只能使用一個量子信息的局限性，這成為量子通訊的絆腳石(參考“Nature”第 409卷(2001年)第490-493頁中由C. Liu撰寫的內(nèi)容)。另一方面，最近光子回波由于有著高速處理、寬帶及長時間存儲的特性，所以為了將光子回波應(yīng)用到量子存儲器上，一直做著集中性研究(參考“Phys. Rev. Lett. ”第100卷 (2008 年)第 023601 頁由 G. Hetet 撰寫的內(nèi)容；“Nature”第 461 卷(2009 年)第 241-245 頁由B. Hosseini撰寫的內(nèi)容)。并且，已實(shí)驗成功，光子回波利用摻雜稀土元素的光介質(zhì)直接展示光子信息存儲的技術(shù)(參考“Nature”第456卷(2008年)第773-777頁由H. deRiedmatten撰寫的內(nèi)容)。要想作為光存儲器使用，雙脈沖光子回波的回波效率性應(yīng)高于50%。但是雙脈沖光子回波，其存儲時間受限于相移時間，在摻雜稀土元素的光介質(zhì)中大約為100μ S。三脈沖光子回波的存儲時間受限于光粒子數(shù)轉(zhuǎn)移時間，并與光相移時間相似。與雙脈沖光子回波不同，三脈沖光子回波由于光粒子數(shù)轉(zhuǎn)移引起的相干損失，存儲信息的 50%以上無法恢復(fù)。最近，為了克服目前的上述光子回波的問題，提出了不僅僅提高恢復(fù)效率性，還可以延長存儲時間的修改方法。有關(guān)存儲時間的修改方法中只有一個方法取得了成功，即光頻梳(Atomic Frequency Comb, AFC)方法。(參考 “Phys. Rev. Α"第 79 冊(2OO9 年)第 052329頁由Μ. Afzelius撰寫的內(nèi)容)。但是AFC的問題在于為了形成準(zhǔn)確的光譜光柵 (Spectral Grating)需要連續(xù)入射數(shù)百個由較弱的兩個光脈沖形成的光脈沖，所以需要較長的準(zhǔn)備時間。光學(xué)鎖定回波方法中，存儲時間是將光相移時間延長為自旋相移時間。但是在非均勻自旋介質(zhì)中，自旋相移時間可能變短，這與非均勻自旋相位的分布幅度呈反比(參考 "arXiv"0911. 3869(2009 年)由 B. S. Ham 撰寫的內(nèi)容，‘‘Opt. Commun. ”第 247 冊(2005 年) 第393-403頁由M. Nilsson撰寫的內(nèi)容)。并且，鎖相光子回波或者是共振的喇曼回波，在存儲時間內(nèi)發(fā)生光相干損失(參考"NaturePhoton. ”第 3 冊(2009 年)第 518-522 頁由 B. S. Ham 撰寫的內(nèi)容)。
并且，利用梯度回波(Gradient Echo)修改的雙脈沖光子回波方法中，由于利用外部施加的直流電壓或者磁場變化度實(shí)現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)，所以能消除用于一般光子回波中相位反轉(zhuǎn)光脈沖引起的自發(fā)放出噪聲(Noise)(參考“Wiys. Rev. Lett”第100冊(2008年)第 023601頁由S. Hetet撰寫的內(nèi)容)。但是存儲時間仍受限于光相移時間，此時間比千分之
一秒還要短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是以解決上述的技術(shù)課題為目的，提供了一種光學(xué)鎖定光子回波裝置及其方法，可以解決受限的回波效率性問題，克服受限于自旋相移時間的現(xiàn)有存儲時間的制約。同時，與現(xiàn)有的鎖相光子回波形式不同，本發(fā)明不僅鎖定了光粒子數(shù)轉(zhuǎn)移，而且各自原子相位演化(phase evolution)也停止了。因此本發(fā)明的目的在于，延長存儲時間既要具有50%以上的恢復(fù)效率性，還要延長至最高自旋粒子數(shù)轉(zhuǎn)移時間。具體說明的話，自旋粒子數(shù)轉(zhuǎn)移時間與現(xiàn)有所有光子回波存儲時間的極限值即自旋相移時間相比長幾萬倍以上。并且，本發(fā)明的目的又在于，在存儲時間內(nèi)不發(fā)生鎖相光子回波或者共振的喇曼回波一樣的光相干損失，而且與鎖相光子回波不同，憑借三脈沖光子回波固有的光學(xué)鎖定特性，即使在自旋非均勻增寬(spininhomogeneous broadening)引起的自旋相移中，存儲時間也不發(fā)生變化。本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)鎖定光子回波裝置包括非線性光介質(zhì)，具有三個能級I 1 >，|2>，I 3 >，從光脈沖發(fā)生部接收光脈沖輸出滿足相位匹配條件的輸出光E ；及光脈沖發(fā)生部，生成在上述光介質(zhì)的上述能級之間共振的至少5個光脈沖。并且上述光脈沖發(fā)生部的優(yōu)選實(shí)施例包括輸出第一激光的第一光源；輸出第二激光的第二光源；為了生成上述至少5個光脈沖中的一部分光脈沖，將上述第一光源輸出的第一激光調(diào)制成連續(xù)光脈沖的第一光調(diào)制模塊；為了生成上述至少5個光脈沖中的除上述第一光調(diào)制模塊生成的光脈沖之外的光脈沖，將上述第二光源輸出的第二激光調(diào)制成連續(xù)光脈沖的第二光調(diào)制模塊；為使上述第一調(diào)制模塊及上述第二調(diào)制模塊的光脈沖同步而生成同步信號的調(diào)制模塊。同時，特征在于，上述至少5個光脈沖為第一光脈沖群，包含在上述光介質(zhì)的上述能級|1 >和|3 >之間共振的入射光、寫入光、讀取光中的至少一種以上；及第二光脈沖群，包括在上述光介質(zhì)的上述能級|2>和I 3 >之間共振的第一調(diào)節(jié)光Bl及第二調(diào)節(jié)光 B2。并且，優(yōu)選地，上述至少5個光脈沖通過光纖、表面等離子體或者自由空間入射到上述光介質(zhì)。其特征在于，上述第一光脈沖群和上述第二光脈沖群的波長或者極性互不同。具體地，優(yōu)選為，上述三個能級中，上述能級I 1 >和|2 >是基態(tài)，上述能級|3 > 是可進(jìn)行光轉(zhuǎn)移的激發(fā)狀態(tài)。優(yōu)選地，上述入射光D寫入光W的時間間隔應(yīng)比光相移時間短，并且時間間隔為不失去由損失帶來的相干性的時間間隔。同時，上述第一調(diào)節(jié)光Bl及上述第二調(diào)節(jié)光B2的時間間隔優(yōu)選為比自旋粒子數(shù)轉(zhuǎn)移時間要短。
并且，其特征在于，上述第一調(diào)節(jié)光Bl及上述第二調(diào)節(jié)光B2的各自的脈沖面積為 π ,3 31 ,其禾口ii足 4 31 ·本發(fā)明優(yōu)選的第一實(shí)施例的光學(xué)鎖定光子回波方法包括入射光D入射到上述光介質(zhì)的步驟；寫入光W入射到上述光介質(zhì)的步驟；相差一定時間的的入射光D和和寫入光W 結(jié)合形成光譜光柵的步驟；第一調(diào)節(jié)光Bl入射到上述光介質(zhì)的步驟；第二調(diào)節(jié)光B2入射到上述光介質(zhì)的步驟；讀取光R入射到上述光介質(zhì)的步驟；存儲在上述光譜光柵上的上述入射光D的信息被讀取光W而再生的步驟；及根據(jù)與上述光介質(zhì)之間的相互作用，輸出上述入射光D、寫入光W及讀取光R符合相位匹配條件的輸出光E的步驟。根據(jù)本發(fā)明公開的光學(xué)鎖定光子回波裝置及其方法，可以實(shí)現(xiàn)解決受限的回波效率性的問題，可以克服受限于自旋相移時間的現(xiàn)有的存儲時間制約。同時，與現(xiàn)有的鎖相光子回波形式不同，本發(fā)明既能鎖定光粒子數(shù)轉(zhuǎn)移，又能停止各自原子的相位演化，因此本發(fā)明中存儲時間的延長，具有50%以上的恢復(fù)效率性，并且可以延長至最高自旋粒子數(shù)轉(zhuǎn)移時間。并且，按照本發(fā)明，在存儲時間內(nèi)不發(fā)生鎖相光子回波或者共振的喇曼回波一樣的光相干損失，并且，與鎖相光子回波不同，憑借三脈沖光子回波固有的光學(xué)鎖定特性，即使在自旋非均勻增寬引起的自旋相移中，存儲時間也不發(fā)生變化。


圖1 (a)為本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)鎖定光子回波裝置的結(jié)構(gòu)1(b)為與光脈沖相互作用的光介質(zhì)的能級；
圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)鎖定光子回波裝置；
圖3為本發(fā)明為進(jìn)行光學(xué)鎖定光子回波的光脈沖順序；圖4為本發(fā)明光學(xué)鎖定光子回波的流程圖5為傳統(tǒng)的雙脈沖光子回波的仿真結(jié)果；圖6為三脈沖光子回波的仿真結(jié)果；
圖7為比較三脈沖光子回波和光學(xué)鎖定光子回波的仿真結(jié)果；圖8為說明圖7的(b)的光學(xué)鎖定的具體仿真結(jié)果；
圖9為本發(fā)明光學(xué)鎖定光子回波的實(shí)驗結(jié)果。
標(biāo)號說明
10光介質(zhì)20 光脈沖發(fā)生部21第一光調(diào)制模塊22 第二光調(diào)制模塊23第一光源24 第二光源25調(diào)制模塊fl第一光脈沖群f2 第二光脈沖群D 入射光W 寫入光R 讀取光Bl 第一調(diào)節(jié)光B2第二調(diào)節(jié)光E 輸出光TD入射光D的到達(dá)時間
Tff寫入光W的到達(dá)時間
TR 讀取光R的到達(dá)時間TBl 第一調(diào)節(jié)光Bl的到達(dá)時間TB2 第二調(diào)節(jié)光B2的到達(dá)時間I 1 > 第一能級I 2 > 第二能級|3>:第三能級
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)鎖定光子回波裝置及其方法。本發(fā)明下述的實(shí)施例只用于具體化本發(fā)明，并非限制或者限定本發(fā)明的權(quán)利范圍。從本發(fā)明的具體說明及實(shí)施例中，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易推導(dǎo)出來的視為屬于本發(fā)明的權(quán)利范圍之內(nèi)。首先，圖1 (a)為本發(fā)明第一實(shí)施例的光學(xué)鎖定光子回波裝置的結(jié)構(gòu)圖，圖1 (b)為與光脈沖相互作用的光介質(zhì)的能級。如圖1(a)所示，本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)鎖定光子回波裝置包括光介質(zhì)10 ；和生成在上述光介質(zhì)10的能級之間共振的至少5個光脈沖的光脈沖發(fā)生部20。上述光介質(zhì)10具有非線性光學(xué)特性，具有三個能級I 1 >、|2 >、|3 >。圖1 (b)表示與上述至少5個光脈沖相互作用的光介質(zhì)10的能級。上述3個能級中，|1 >和|2 >是基態(tài)，I 1 >的能級是比I 2 >的能級稍微高或者低。并且，|3>是處于激發(fā)狀態(tài)，可以從各自的基態(tài)能級進(jìn)行光轉(zhuǎn)移。以下，詳細(xì)說明圖1。上述至少5個光脈沖為第一光脈沖群Π，包括一個或者多個在上述光介質(zhì)10的上述能級|1 >和|3 >之間共振的入射光D、寫入光W及讀取光R的光脈沖；及第二光脈沖群f2，包括在上述光介質(zhì)10的上述能級|2>和I 3 >之間共振的第一調(diào)節(jié)光B 1及第二調(diào)節(jié)光B2的光脈沖。上述至少5個光脈沖是通過光纖、表面等離子體或者自由空間入射到上述光介質(zhì)10中。S卩，上述第一光脈沖群fl和上述第二光脈沖群f2使用具有不同波長或不同極性的光。上述第一光脈沖群f 1為入射光D、寫入光W及讀取光R，上述第二光脈沖群f2為用于將因上述第一光脈沖群Π的脈沖而處于激發(fā)態(tài)的原子轉(zhuǎn)移到基態(tài)能級I 2 >而使用的第一調(diào)節(jié)光Bl和第二調(diào)節(jié)光Β2。并且，上述入射光D可以是一個或者多個，第一調(diào)節(jié)光Bl和第二調(diào)節(jié)光Β2的時間間隔須短于自旋粒子數(shù)轉(zhuǎn)移時間。入射光D和寫入光W的時間間隔應(yīng)比光相移時間短，并且時間間隔為不失去由損失帶來的相干性的時間間隔。并且，輸出光E滿足上述至少5個光脈沖的相位匹配條件(PhaseMatching Condition)。相位匹配條件是指滿足公式1和公式2的條件。公式1 KE+KD = Kff+KE公式2 fE+fD = fff+fE其中，Ki表示光脈沖i的傳播矢量(Propagation Vector)，fi表示光脈沖i的頻率。圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)鎖定光子回波裝置。如圖2所示的光學(xué)鎖定光子回波裝置的特征在于，上述光脈沖發(fā)生部20包括輸出激光的第一光源21 ；輸出激光的第二光源22 ；為了生成上述至少5個光脈沖中的一部分光脈沖，將上述第一光源21輸出的激光調(diào)制成連續(xù)光脈沖的第一光調(diào)制模塊23 ；為了生成上述至少5個光脈沖中的除上述第一光調(diào)制模塊23生成的光脈沖之外的光脈沖，將上述第二光源22輸出的激光調(diào)制成連續(xù)光脈沖的第二光調(diào)制模塊M ；和為使上述第一調(diào)制模塊 23及上述第二調(diào)制模塊M的光脈沖同步而生成同步信號的調(diào)制模塊25。圖3表示本發(fā)明為進(jìn)行光學(xué)鎖定光子回波的光脈沖順序。S卩，以入射光D、寫入光W、第一調(diào)節(jié)光Bi、第二調(diào)節(jié)光B2，然后是讀取光R的順序向上述光介質(zhì)10入射光脈沖，最后輸出輸出光E。圖3中Ti是指用i表示的光脈沖的到達(dá)時間。為了比圖3更詳細(xì)地說明，圖4中表示了本發(fā)明光學(xué)鎖定光子回波的流程圖。S卩，如圖4所示，根據(jù)以下順序可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)鎖定光子回波。也就是說，本發(fā)明的光學(xué)鎖定光子回波的流程包括入射光D入射到上述光介質(zhì) 10的步驟SllO ；寫入光W入射到上述光介質(zhì)10的步驟S115 ；相差一定時間的入射光D和寫入光W結(jié)合形成光譜光柵的步驟S120 ；第一調(diào)節(jié)光Bl入射到上述光介質(zhì)10的步驟S125 ； 第二調(diào)節(jié)光B2入射到上述光介質(zhì)10的步驟S130 ；讀取光R入射到上述光介質(zhì)10的步驟 S135 ；存儲在上述光譜光柵中的上述入射光D的信息被讀取光W再生的步驟S140 ；及根據(jù)與上述光介質(zhì)之間的相互作用，輸出入射光D、寫入光W及讀取光R滿足相位匹配條件的輸出光E的步驟145。上述S120步驟中，光譜光柵表示入射光D的信息存儲。但是表示存儲在相應(yīng)原子的光頻率帶域中。并且，S145步驟中，輸出光E是根據(jù)四波混頻進(jìn)行決定。圖5為傳統(tǒng)的雙脈沖電子回波的仿真結(jié)果。首先，圖5 (a)表示在能級I 1>和I 3 >中共振的入射光D和寫入光W的脈沖順序。 與本發(fā)明的光學(xué)鎖定光子回波不同，寫入光W需要完整的重新定相(r印hasing)，所以需要 JI的脈沖面積。圖5(b)表示根據(jù)時間的個別原子的相移，由入射光D引起的相干通過寫入光W在t = 55μ s處得到恢復(fù)，該恢復(fù)的光脈沖就是光子回波。圖5(C)表示出現(xiàn)在圖5(b)的個別原子上的相位相干之和。圖5(d)表示相對共振的激光出現(xiàn)失調(diào)(detuning)的一些原子隨時間流逝而出現(xiàn)的相位演化。該現(xiàn)象是因光介質(zhì)非均勻而引起的，在光譜上根據(jù)非均勻增寬(inhomogeneous broadening)決定非共振值。其中，原子的非均勻增寬條件構(gòu)成基于重新定相的光子回波的必要因素。圖6為三脈沖電子回波的仿真結(jié)果。圖5中的寫入光W在圖6中對半兒分離成兩個脈沖。這是因為在三脈沖光子回波中不是雙脈沖核心原理的重新定相，而是為了根據(jù)基態(tài)和激發(fā)狀態(tài)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn) (population inversion)制作光譜光柵。如上述說明，入射光D的信息就存儲在該光譜光柵中。但是最終結(jié)果除了時間延遲之外與圖5相同。結(jié)果，三脈沖光子回波的目的在于存儲時間延遲，這是由于粒子數(shù)轉(zhuǎn)移時間比相移時間要長。但是不幸的是根據(jù)此粒子數(shù)轉(zhuǎn)移的初期相干會減少，最終發(fā)生所有轉(zhuǎn)移時由于超過50%的相干流失，因此三脈沖光子回波的量子存儲應(yīng)用失去意義。圖7為比較三脈沖電子回波和光學(xué)鎖定光子回波的仿真結(jié)果。如在圖1中所進(jìn)行的討論，圖7(b)中增加第一調(diào)節(jié)光B 1和第二調(diào)節(jié)光B2可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)鎖定光子回波方式。如圖7(a)中所示回波的大小根據(jù)圖1的光介質(zhì)10的轉(zhuǎn)移常數(shù)減弱。但是自旋轉(zhuǎn)移常數(shù)比光轉(zhuǎn)移常數(shù)穩(wěn)定，所以可以知道圖7(b)的回波大小明顯比圖 7(a)要大。0 7(c)和圖7(d)各自指圖7(a)和圖7(b)的個別原子。0 7(e)和圖7(f)各自表示對稱原子的相移仿真。圖7(e)說明圖7(a)比圖7(b)較弱的原因，是因為個別原子的相移由于粒子數(shù)流失相位相干急劇減弱，并且相對相干迅速喪失。圖8為說明圖7的(b)的光學(xué)鎖定的具體仿真。圖8(a)表示與圖7(f)相同的對稱原子的相移仿真結(jié)果。如圖8(b)可知，相位相干Impl3(吸收absorption)在第一調(diào)節(jié)光Bl之后值掉落為0，那是因為從能級|3>到能級|2>的粒子數(shù)移動。并且，由于該粒子數(shù)移動所有的個別原子的相位演化將會終止。并且如圖8(c)可知，此相位演化終止持續(xù)到施加第二個第二調(diào)節(jié)光B2之前。最終讀取光R像在三脈沖光子回波中一樣讀取光譜光柵，在t = 50 μ S處發(fā)生回波輸出光Ε。本發(fā)明的光學(xué)鎖定光子回波中，雙量子相干Re(P 12)只在根據(jù)第一調(diào)節(jié)光B 1從激發(fā)狀態(tài)I 3 >粒子數(shù)轉(zhuǎn)移到附加的自旋狀態(tài)|2 >時發(fā)生。此種粒子數(shù)轉(zhuǎn)移誘導(dǎo)中的雙量子相干比一般相位匹配雙量子相干在時間上更為穩(wěn)定。最終，根據(jù)入射光D和寫入光W產(chǎn)生的光相干是被第一調(diào)節(jié)光B 1置換為自旋相干后得到存儲，由于自旋粒子數(shù)轉(zhuǎn)移時間明顯比光粒子數(shù)轉(zhuǎn)移時間長，所以可實(shí)現(xiàn)長時間存儲。相反，傳統(tǒng)的三脈沖光子回波方式中的存儲時間則受限于光粒子數(shù)存儲時間。本發(fā)明中是將該光粒子數(shù)轉(zhuǎn)移時間置換為自旋粒子數(shù)轉(zhuǎn)移時間來克服存儲時間上的界限，其核心原理在于，考慮處于激發(fā)狀態(tài)的相干狀態(tài)下的原子的粒子數(shù)和相位，利用第一調(diào)節(jié)光Bl置換為基態(tài)，利用第二調(diào)節(jié)光B2又進(jìn)行逆置換。圖8 (d)表示在uv平面上布洛赫矢量(Bloch vector)模式，根據(jù)時間進(jìn)程的相干轉(zhuǎn)移在第一調(diào)節(jié)光Bl之后將會停止。在這里重要的是，需要補(bǔ)正由于第一調(diào)節(jié)光Bl發(fā)生粒子數(shù)變化引起的相干原子的相位變化，為此第二調(diào)節(jié)光B2的面積需與第一調(diào)節(jié)光Bl不同，即，第一調(diào)節(jié)光Bl的面積為Οη-1) π (η為自然數(shù))，第二調(diào)節(jié)光Β2的面積是如^! (η為自然數(shù))，第一調(diào)節(jié)光Bl和第二調(diào)節(jié)光Β2之和需滿足如η (η為自然數(shù))，所以第一調(diào)節(jié)光 Bl使用π脈沖、第二調(diào)節(jié)光Β2使用3 π脈沖。下面詳細(xì)說明決定第一調(diào)節(jié)光Bl和第二調(diào)節(jié)光Β2的脈沖面積的方法?！闱闆r下，在摻雜稀土元素的介質(zhì)中，自旋粒子數(shù)轉(zhuǎn)移時間比光粒子數(shù)轉(zhuǎn)移時間長數(shù)百萬倍。其中重要的是，處于光相干的原子隨著光粒子數(shù)轉(zhuǎn)移原來的相干程度受到損壞，但是在自旋狀態(tài)下，粒子數(shù)轉(zhuǎn)移非常慢，所以實(shí)質(zhì)上相干流失得到停止。為了讀取如此置換存儲的光信息，需要重新將自旋狀態(tài)下的原子移為光狀態(tài)，此時使用第二調(diào)節(jié)光Β2。 其中重要的是，由于第一調(diào)節(jié)光Bl產(chǎn)生的光相干的粒子數(shù)變化使全體相位改變π /2，因此為了回到原來狀態(tài)至少需要3 π/2的附加相位變化。S卩，第二調(diào)節(jié)光Β2比第一調(diào)節(jié)光Bl 需要長三倍的脈沖面積。具體說明的話，2 π意味著沒有相位變化。
圖9為本發(fā)明光學(xué)鎖定光子回波的實(shí)驗結(jié)果。如圖9(a)中可知，已證明由于增加第一調(diào)節(jié)光B 1和第二調(diào)節(jié)光B2，所以增加了光子回波的存儲時間。圖9(b)表示根據(jù)第二調(diào)節(jié)光B2的延遲時間的光子回波強(qiáng)度，觀測出了轉(zhuǎn)移時間(decay time)比自旋相移時間500 μ s明顯長。關(guān)于自旋相移時間是從B. S. Ham 撰寫的“Opt. Lett”第22冊(1997年)第1849-1851頁中可以看出。圖9的試驗結(jié)果表示本發(fā)明的核心原理有著較好的實(shí)驗基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.. 一種光學(xué)鎖定光子回波裝置，其特征在于，包括非線性光介質(zhì)，其具有三個能級U >、|2 >、I 3 >，從光脈沖發(fā)生部接收光脈沖輸出滿足相位匹配條件的輸出光(E)；及光脈沖發(fā)生部，生成在所述光介質(zhì)的所述能級之間共振的至少5個光脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)鎖定光子回波裝置，其特征在于，所述光脈沖發(fā)生部包括輸出第一激光的第一光源； 輸出第二激光的第二光源；為了生成所述至少5個光脈沖中的一部分光脈沖，將所述第一光源的第一激光調(diào)制為連續(xù)光脈沖的第一光調(diào)制模塊；為了生成所述至少5個光脈沖中的除所述第一光調(diào)制模塊生成的光脈沖之外的光脈沖，將所述第二光源輸出的第二激光調(diào)制為連續(xù)光脈沖的第二光調(diào)制模塊；為使所述第一調(diào)制模塊及所述第二調(diào)制模塊的光脈沖同步而生成同步信號的調(diào)制模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的光學(xué)鎖定光子回波裝置，其特征在于，所述至少5個光脈沖為第一光脈沖群，包含在所述光介質(zhì)的所述能級|1 >和|3 >之間共振的入射光、寫入光、讀取光中的至少一種以上；及第二光脈沖群，包括在所述光介質(zhì)的所述能級|2 >和3 >之間共振的第一調(diào)節(jié)光(Bi)及第二調(diào)節(jié)光(B2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)鎖定光子回波裝置，其特征在于，所述第一光脈沖群和所述第二光脈沖群的波長或者極性互不相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)鎖定光子回波裝置，其特征在于，所述至少5個光脈沖通過光纖、表面等離子體或者自由空間入射到所述光介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)鎖定光子回波裝置，其特征在于，所述三個能級中，能級 1 >和I 2 >是基態(tài)，所述能級I 3 >是從各自的基態(tài)能進(jìn)行光轉(zhuǎn)移的激發(fā)態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)鎖定光子回波裝置，其特征在于，所述入射光(D)和寫入光(W)的時間間隔比光相移時間短，并且時間間隔為不失去由損失帶來的相干性的時間間隔。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)鎖定光子回波裝置，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)光(Bi) 及所述第二調(diào)節(jié)光(B》的時間間隔比自旋粒子數(shù)轉(zhuǎn)移時間短。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)鎖定光子回波裝置，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)光(Bi) 及所述第二調(diào)節(jié)光(B2)的各自的脈沖面積為π，3 π，其和滿足4 π。
10.一種光學(xué)鎖定光子回波方法，該方法使用光學(xué)鎖定光子回波裝置輸出滿足相位匹配條件的輸出光(E)光學(xué)鎖定，所述光學(xué)鎖定光子回波裝置包括非線性光介質(zhì)，其具有三個能級|1>、|2>、I 3 >，從光脈沖發(fā)生部接收光脈沖輸出滿足相位匹配條件的輸出光(E)；及光脈沖發(fā)生部，生成在所述光介質(zhì)的所述能級之間共振的一個或者多個入射光 (D)、寫入光(W)、讀取光(R)、第一調(diào)節(jié)光(Bi)及第二調(diào)節(jié)光(Β2)，其特征在于，該方法包括入射光(D)入射到所述光介質(zhì)的步驟； 寫入光(W)入射到所述光介質(zhì)的步驟；相差一定時間的入射光(D)和寫入光(W)結(jié)合形成光譜光柵的步驟；第一調(diào)節(jié)光(Bi)入射到所述光介質(zhì)的步驟； 第二調(diào)節(jié)光(B》入射到所述光介質(zhì)的步驟； 讀取光(R)入射到所述光介質(zhì)的步驟；存儲在所述光譜光柵上的所述入射光(D)的信息被讀取光(W)而再生的步驟； 及根據(jù)與所述光介質(zhì)之間的相互作用，輸出入射光(D)、寫入光(W)及讀取光(R)符合相位匹配條件的輸出光(E)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光子回波裝置及其方法，其目的在于解決受限的回波效率性問題，可以克服受限于自旋相移時間的現(xiàn)有的存儲時間制約。同時，與現(xiàn)有的鎖相光子回波方式不同，本發(fā)明不僅鎖定光粒子數(shù)轉(zhuǎn)移，而且還停止各自原子相位演化。因此本發(fā)明的延長的存儲時間，具有50％以上的恢復(fù)效率性，且可以延長至最高自旋粒子數(shù)轉(zhuǎn)移時間。粒子數(shù)轉(zhuǎn)移相移另外，本發(fā)明中，不像鎖相光子回波或者共振的喇曼回波一樣，在存儲時間內(nèi)發(fā)生光相干損失，而且與鎖相光子回波不同，憑借三脈沖光子回波固有的光學(xué)鎖定特性，即使在自旋非均勻增寬(spin inhomogeneous broadening)引起的自旋相移中，存儲時間也不發(fā)生變化。
文檔編號G11B7/24GK102194487SQ20101019939
公開日2011年9月21日 申請日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者咸炳承 申請人:仁荷大學(xué)校產(chǎn)業(yè)協(xié)力團(tuán)