慢光技术及其应用

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1、西南交通大学专业学位研究生专题讲座报告讲座名称慢光技术及其应用主讲老师：郑狄学号姓名开课单位慢光技术及其应用讲座学习报告2013年5月26日晚7时30分至9时00分，信息科学与技术学院的郑狄老师在网络教育学院5302室做了以《慢光技术及其应用》为题的学术报告。听此报告，让我们对光通信有了另一层面的新认识。慢光(Slowlight)效应是在高色散器件和媒质中存在的一种反常的物理现象，通过对光速减慢的研究不但可以加深人们对光与物质相互作用本质的理解，而且有利于发现新的物理现象。利用慢光效应，一方面可以构造光延时器

2、、光缓存器等，这些器件将是解决全光通信系统中光路由和光交换问题的核心器件；另一方面，当光脉冲在慢光波导中传输时，将经历空间上的压缩，其能量密度将明显增大，能有效提高传感器的灵敏度。报告主要介绍了三大部分：引言、基于受激布里渊散射(SBS)的慢光技术、慢光应用。一、引言1.慢光研究起源1999年Harvard大学Hau等人利用电磁感应透明（EIT）技术在450nK的超冷原子中实现了17ｍ/s的极慢光速。2011年9月23日，在欧洲核子研究中心（CERN），科学家们发现了意料之外的现象：被送往732公里之外Gra

3、nSasso实验室的中微子们比光速快了60纳秒到达。用更大的数字来表示，就是光速299,792,458m/s，而他们在实验中检测到中微子速度是299,799,953m/s。这一数值的实验误差是10纳秒，换言之，基本上比光速快是没错的！虽然只是0.0025%的区别，但这一挑战狭义相对论光速不变原理基石的发现一旦得到证实，将会给物理学界带来巨大的变化。慢光的发展无疑会带来光学非线性效应的增强，以及全光信息器件如光缓存、光开关和光学路由器等的发展。尤其是全光信息器件已经是慢光发展的主要的动力之一，因为全光信息器件可

4、能就是下一代的通讯网络的核心器件。而且慢光还可能影响雷达系统、量子信息科学等等领域。2.慢光原理用相速度和群速度这两个概念来说明慢光的产生。一般而言,光在介质中的速度和介质折射率有关,而光的传播速度又可以分为单一频率光波传播的相速度和许多频率成分组成的光波波包传播的群速度。相速度是指单色平面波在介质中其等相位面的传播速度。对于色散介质因而不同频率的单色平面波将以不同的相速度在介质中传播。对由多个单色平面波构成的波包络,其传播速度用群速度。从本质上来说,控制群速度就是控制介质的色散特性,要想实现大的群速度改变,

5、-4-就得产生强色散曲线。获得强色散曲线的方法大体上可分为两类:一类是在介质中通过控制光的吸收或增益来改变介质的色散特性,这种色散通常称为材料色散,其产生机理可由Kramers-Kronig(K-K)关系来解释。另一类产生强色散的方法是通过结构共振改变介质的色散特性,这种色散通常称为波导色散，如利用周期结构介质、耦合谐振透明，技术(CRIT)等。3.实现方法介绍及优缺点(1)Electromagnetically-InducedTransparency(EIT)电磁诱导透明技术由介质极化的微观机理可知,在介质

6、共振频率处存在大的折射率改变,可有效减慢光的传播速度,但与此同时,介质共振频率处存在强吸收,使得光波很难透过介质而被实验观察,因而在很长一段时间内对慢光的研究都停滞不前。为克服介质共振频率处的强吸收,S.E.Harris等人于1990年提出了电磁感应透明技术(EIT),其原理是利用量子相干效应消除电磁波传播过程中介质的影响。EIT技术是利用量子相干效应消除电磁波在传输中受介质影响的一种技术,在实现强色散的同时得到高透射率,减小慢光过程中介质对光波的吸收。1999年，L.V.Haus等人首先利用EIT技术在45

7、0nK的超冷钠原子气体中将光速减慢到17m/s，产生的群折射率高达10的6次方量级,这一开创性的研究工作掀起了慢光研究的热潮.M.M.Kash等人在热原子气体中也实现了EIT效应，得到的群速度约为90m/s。2001年，O.Kocharovskaya等人报道了在热原子气中利用EIT技术将光速减为零。D.F.Phillips等人进一步增强基于EIT技术的慢光延迟性能，并将光在铷蒸汽中停留了0.5ms，首次实现了光存储。A.V.Tumkhin等人在固体材料掺Pr的YaSiOs晶体材料中利用EIT技术实现了光速减慢

8、并停止。随后几年,科研人员对不同介质中的慢光研究如雨后春算般开展起来,相继在金属气体、稀土掺杂材料、光纤、光子晶体波导和微环谐振器等中实现了光速减慢甚至存储(2)相干布居振荡技术当一束强抽运光作用于介质时,会使介质产生均匀加宽,如果另一束与抽运光频率相近的探测光同时注入介质中,由于抽运光的存在,在材料的吸收谱上产生一个很窄的光谱烧孔,消弱对探测光的吸收,他们称这一现象为CPO。国内哈尔滨工业大学的掌