如何实现快光和慢光传输？

从图16-2可以看到，在一种具有大的线性吸收系数α（ω0）和窄谱线宽2Γ0的吸收介质中，一个陡峭的反常色散可以实现快光传输。然而，一个较大的吸收系数值意味着强烈的衰减和输入光信号的穿透距离短，这使得快光测量相当困难。

到目前为止，只讨论了具有简单二能级结构的吸收或增益介质内的脉冲传输，也只考虑了折射率色散对脉冲波形和群速度的影响。在实际研究光脉冲传播的实验中，因为以下两个原因可能会使情况更加复杂。首先，实验对象可能不是一种理想的线性吸收或线性增益介质，一旦输入光强度足够高，吸收或增益可能出现饱和效应。第二，在一些特定的实验条件下，由于共振介质与入射光脉冲之间的能量转移，光脉冲也可能发生一定的形状改变。这两种情况都可能导致输出光脉冲峰值的表观移动。在具体的实验研究中，如何避免和减少以上两种影响，也是必须予以考虑的。

有关快和慢光研究的突破，是将前面的理论分析扩展到一些特殊的情况，使得被考虑的介质，并不局限于是只涉及两个能级结构的简单的吸收或增益系统，也不局限于只与一个入射光束进行相互作用。例如，介质可以是一种拉曼或布里渊增益介质，同时与两个入射激光束作用，而两束光的频率差可以被调谐到与介质的拉曼或布里渊共振频率相匹配。此情况下，介质相对于每个单独的光束入射而言是透明的，但它可经由与两光束的同时耦合作用而呈现出共振响应。介质的这种共振反应，可以导致至少在其中一束光频率处出现折射率在狭窄光谱范围的陡峭变化，从而可达到实现快光或慢光传输的目的。另外，即使是对普通的吸收介质而言，通过使用双光束（泵浦探测）耦合作用的方法，既可以对其中一束光而言实现在狭窄线宽内折射率的陡峭变化，同时又可以避免该光束遭受到强烈的衰减效应的影响。

图16-8为在共振介质中实现快光或慢光传播的几种典型的机制示意图。这些机制的共同特点，是提供在一狭窄光谱区内衰减或增益的陡峭变化，从而确保介质折射率随频率陡峭变化。为实现快光传播，需要一种陡峭的衰减增加或增益减少，以确保足够大的负色散，亦即。相反，为实现慢光传播，需要一种在窄光谱区内陡峭的增益变大或吸收减少，以确保足够大的正色散。

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图16-8　在共振介质内实现快光传播（a）和慢光传播（b）的几种典型物理机制

图16-8（a）为实现快光传播的3种机制：①基于非常狭窄的强线性吸收线或诱导吸收线；②基于非常狭窄的强增益饱和凹陷；③基于两个十分接近的窄增益线，它们之间形成一个非常狭窄的相对增益凹陷。这3种方法实际上是等价的，实验中探测光脉冲信号的频率应该调谐到如图所示光谱曲线的中央位置处。

图16-8（b）为实现慢光传播的3种机制：①基于具有非常狭窄增益谱线的介质；②基于很窄的强吸收饱和凹陷或诱导自透明凹陷；③基于两个十分接近的窄吸收线，它们之间形成一个非常狭窄的相对吸收凹陷。很明显，这3种方法是等价的，其对应的机制正好与图16-8（a）所示相反。