基于EIT的光轨道角动量的转换

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光学涡旋是具有螺旋波前相位和轨道角动量的一种光场。随着科学技术的日益发展,光信息存储也逐渐引起越来越多人的关注,巨大信息量的需求提高了对光信息存储容量的要求。而涡旋光由于其特殊的波前结构和轨道角动量,被众多研究者们应用于光信息存储中,于是有关于涡旋光用于光存储的实验开始被大量报导。我们能够将信息编码在光场的OAM自由度,因此构建出来的高维量子态(无限维希尔伯特空间)能够大幅度的增加量子网络的信息容量,同时此方法也可以更有效率的处理量子信息,为量子信息处理和量子计算提供了很好的途径。关于光信息存储的实验一直都是主要集中于原子气体中进行,而有关在固体中进行光信息存储实验的报导却很少。但是在实际应用中,固体材料才是较气体材料更有优势的实验介质,固体材料的体积小,便于集成,优良的光谱结构和便于携带等优点都表明它是很好的光信息载体,因此固体光信息存储在量子通信中将会发挥巨大的作用。我们实验研究了固体中由电磁感应光透明(EIT)驱动的光轨道角动量(OAM)的转换。在动力学EIT的条件下,为避免探测场的吸收损失,我们采用了控制场1为非涡旋光,而探测场为携带OAM的涡旋光的方案,通过操作控制场1的关闭与打开,成功实现了探测脉冲的OAM在实验介质中的存储与释放。在此实验过程中,我们不仅验证了存储前后的拓扑荷数的一致性,而且还进一步分析了存储效率和存储时间的关系,以及释放的OAM图像的保真度。在固体量子存储器发展方面有着重要的应用价值。接下来,我们利用四能级双lambda系统,实现了基于EIT存储的OAM转换。在此实验过程中,我们首先采用了探测场为带有OAM的涡旋光,而控制场1和控制场2均为非涡旋光,先将控制场1关闭来实现光信息存储,一段时间后,打开控制场2来释放存储信息,实验表明了OAM可以从探测场转换到新生成的信号场,其与输入模式相比,具有新的空间-频率模式。然后我们采用了控制场2为带有OAM的涡旋光,而探测场和控制场1均为非涡旋光,重复上面的实验步骤,结果表明了OAM也可以从探测场2转换到新生成的信号场。为量子存储技术和量子安全通信等研究领域打下了重要的基础。此外,我们使用基于EIT的四波混频(FWM)机制来研究无存储的直接OAM转换,在此过程中,我们不需要关闭和再打开控制场,没有光存储过程。在未来的量子网络方面有着潜在的应用。
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