利用光脈衝儲存的全光學開關

全光學開關(All-optical switch)是利用光子來操作光子的技術，於原子分子光學及量子資訊中皆有其用途。在這篇論文中我們描述一個建立於EIT光存取技術(EIT light storage technique)上的全光學開關。一道被稱為probe的脈衝被射入溫度為300 K的$^{87}$Rb原子中，經由couple雷射的作用使得其群速度降到每秒1000公尺。當probe脈衝於介質中前進時，關閉couple雷射而將probe脈衝的電磁場以基態coherence的形式儲存於原子中。這時射入另一道被稱為switch的雷射與原子作用而改變所儲存的probe脈衝大小，最後將couple雷射開啟以取出probe脈衝。這個應用switch雷射以改變probe強度的機制，我們稱之為光學開關。我們給出這個光學開關的數學模型，並推導其probe取出比率與過程中switch雷射的損失。我們證明了switch雷射的損失在系統符合某些條件下會與probe脈衝相同，表示這個光學開關系統可以達成理想中光子一對一兌換的效果。當實驗建立此光學開關於$^{87}$Rb原子中時，整個系統由原先的理想四能階系統變成一個包含了二十能階的系統。二十能階系統的光學開關效果一般來說無法被簡單推導，然而我們說明了符合某些條件下，二十能階系統可以被化簡成為三組光學開關子系統。基於這個模型我們推導出了二十能階光學開關的開關效果解析解，同時亦證明了switch雷射的損失在這個情況下也與probe脈衝相當，表示一個光子開關一個光子的效果是一般性地成立，且不受所使用的原子系統影響。我們檢查了理論預測與實驗結果的差異，並以光束的聚焦效果來解釋其差異。我們計算了聚焦效果對於光學開關的各類影響，並得到聚焦效果使光學開關的效果變為原先一半的結論。

關鍵字

全光學開關；電磁波誘發透明；光子；銣；光儲存

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All-optical switching ； Electromagnetically-Induced Transparency ； photon ； Rubidium ； light storage

參考文獻

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