诱导吸收介质中的快光传输:光子学成果

在有关快/慢光效应研究中，所谓的电磁诱导透明（EIT）机理最初是用来实现在吸收介质中的低损耗慢光传播［见图16-8（b）］。之后，研究者们推想，利用EIT的逆效应［即电磁诱导吸收（EIA）效应和下一节详述内容］，也应该可实现快光传播［见图16-8（a）］。在实验上，Akulshin等人在一种经光学相干激励并呈现出EIA行为的简并两能级原子系统中，观察到非常窄的感应吸收线和陡变的反常色散［21，22］。在他们的实验中，共振介质为一个5 cm长的87Rb蒸气系统，使用一强激光束激励原子的D2线，然后用另一束弱可调谐激光进行探测。测得的最高的反常色散值dn/dv=-6×10-11 Hz-1，对应的群速度值为υg=-c/2 300［22］。

另一方面，有关掺铬紫翠玉（BeAl2 O4∶Cr3+）晶体的光强依赖吸收特性的早期研究表明，决定于所用强泵浦激光选定的特定波长，既可以观察到由饱和效应导致的窄吸收凹陷，亦可观察到由激发态再吸收而导致的窄吸收尖凸［23］。显然，这两种情况可以分别用来实现慢光或快光传播。2003年Bigelow等人完成了一个实验，在处于室温下并以476 nm固定波长氩离子激光激励的紫翠玉晶体中，实现了利用可调谐弱探测光脉冲的快光传输［24］。图16-13为该实验的工作原理。

图16-13　紫翠玉晶体中处于晶格镜像点位置的三价铬离子（Cr3+）的能级和激发态吸收跃迁［24］(www.xing528.com)

在室温下BeAl2 O4晶格中，有两组三价铬离子分别位于镜像点位置和晶格反演点位置。若采用476 nm强激光激励，可以选择性地把位于镜像点位置的铬离子激发至4T2或4T1能级上，被激发的铬离子快速弛豫到较低的2E激发能级后，可进一步吸收476 nm激光辐射而跃迁至更高的能级，从而形成一个窄的附加吸收线。在实验中，同时利用一束弱476 nm激光束经过电光调制器后形成一束频率可微调的脉冲探测光束，从而可测量到脉冲延迟作为失共振调谐的函数。在晶体长度为4 cm以及激励光功率为250～410 W条件下，测得的探测脉冲最大时间延迟为Δt=-50μs，对应的群速度为υg=-800 m/s。

此后，Mikhailov等人报道了在2.5 cm长的87Rb（铷）蒸气盒中加上缓冲气体氖（Ne），以可调谐强激光激励铷原子的5S1/2→5P1/2（D1线）跃迁，通过双光子共振引起诱导吸收，从而探测到脉冲时间延迟为Δt≈-300μs，它对应的群速度为υg=-84 m/s［25］。