전자석 유도 투명도

EIT가 일반적인 흡수 라인에 미치는 영향. 약한 탐침은 보통 파란색으로 표시된 흡수를 경험한다. 두 번째 연결 장치 빔은 EIT를 유도하고 흡수 영역(빨간색)에 "창"을 생성한다. 이 플롯은 InAs/GaAs 양자점에서의 EIT의 컴퓨터 시뮬레이션이다.

전자자기 유도 투명도(EIT)는 흡수선 주위의 좁은 스펙트럼 범위 내에서 매체를 투명하게 만드는 일관성 있는 광학적 비선형성이다. 아래에 설명된 "느린 빛"으로 이어지는 이 투명성 "창" 내에서 극단적인 분산도 생성된다. 그것은 본질적으로 양자 간섭 효과로서, 그렇지 않으면 불투명한 원자 매체를 통한 빛의 전파를 허용한다.^[1]

EIT의 관찰은 물질의 세 가지 양자 상태와 상호작용하도록 조정된 두 개의 광학장(레이저와 같이 매우 일관성 있는 광원)을 포함한다. "프로브" 필드는 두 상태 사이의 공명 근처에서 조정되며 전환의 흡수 스펙트럼을 측정한다. 훨씬 더 강한 "커플링" 장은 다른 전환에서 공명 가까이에 조정된다. 상태가 적절하게 선택되면 연결장치의 존재는 프로브에 의해 감지되는 투명도의 스펙트럼 "창"을 생성한다. 커플링 레이저를 "제어장치" 또는 "펌프"라고 부르기도 하며, 후자를 스펙트럼 구멍 연소 또는 포화 등 일관성이 없는 광학적 비선형성에 비유하여 언급하기도 한다.

EIT는 원자 상태 사이의 전환 확률 진폭의 파괴적인 간섭에 기초한다. EIT와 밀접하게 관련된 것은 일관성 있는 인구감소(CPT)

EIT의 양자 간섭은 양자 기계적 지상 운동 상태까지 냉각된 원자 입자를 레이저로 투과하는 데 이용될 수 있다.^[2] 이는 2015년 광학 격자에 갇힌 개별 원자를 직접 영상화하는 데 사용되었다.^[3]

중간 요구사항

EIT 수준 계획은 Vee, Ladder, 람다 세 가지 범주로 분류될 수 있다.

3개 주의 구성에 대한 구체적인 제약이 있다. 상태 간 전환 가능한 세 가지 중 두 가지는 "디폴 허용"되어야 한다. 즉, 전환은 진동 전기장에 의해 유도될 수 있다. 세 번째 전환은 "디폴 금지"가 되어야 한다. 세 상태 중 하나는 다른 두 상태와 두 광학장으로 연결되어 있다. 세 가지 유형의 EIT 체계는 이 상태와 다른 두 상태 사이의 에너지 차이로 구별된다. 그 계획은 사다리, 베, 람다 이다. 모든 실제 재료 시스템은 이론적으로 EIT를 지원할 수 있는 여러 상태를 포함할 수 있지만 실제로 사용할 수 있는 수준에는 몇 가지 실질적인 한계가 있다.

또한 중요한 것은 개별 주의 감소율이다. 0이 아닌 온도의 어떤 실제 시스템에서도 양자 상태의 국면을 뒤틀리게 하는 과정이 있다. 가스 단계에서 이것은 보통 충돌을 의미한다. 고형물에서 탈착은 호스트 격자와 전자 상태의 상호작용에 기인한다. 상태 $⟩{\displaystyle 3\rangele}$ 의 분해는 특히 중요하다 $|3\rangle$ . 이상적으로는 $|3\rangle$ ⟩ ${\displaystyle$ 3\ $rangele}$ 이(가) 강력하고 측정 가능한 상태여야 한다 $|3\rangle$ .

현재^[when?] EIT 연구는 희석된 가스, 고체 용액 또는 보세-아인슈타인 응축물과 같은 보다 이국적인 상태에 원자 시스템을 사용한다. EIT는 광학적으로 유발된 투명성으로 알려진 전자기계^[4] 및 광학역학^[5] 시스템에서 입증되었다. 양자 우물,^[6] 양자선, 양자점 등 반도체 나노구조물에서도 작업이 이뤄지고 있다.^[7]^[8]

이론

EIT는 러시아 Gorky State University의 Jakob Khavskaya 교수와 대학원생 Olga Kocharovskaya에 의해 이론적으로 처음 제안되었다.^[9] 이제 EIT의 이론적 처리에 대한 몇 가지 다른 접근법이 있다. 한 가지 접근방식은 2개 상태의 단일장 시스템의 Rabi 진동을 유도하는 데 사용되는 밀도 행렬 처리를 확장하는 것이다. 이 그림에서 상태 간에 전달되는 시스템의 확률 진폭이 파괴적으로 간섭하여 흡수를 방지할 수 있다. 이 맥락에서 "간섭"은 양자 사건(전송) 사이의 간섭을 의미하며 어떤 종류의 광학적 간섭도 아니다. 구체적인 예로서 위에 나온 람다 체계에 대해 생각해 보자. 프로브의 흡수는 $⟩[\displaystyle 1\rangele }$ 에서 $⟩[\displaystyle 2$ $\rangele$ $}$ 로 $|1\rangle$ 전환하여 정의된다 $|2\rangle$ 이 필드는 모집단을 $|1\rangle$ $⟩[\$ $displaystyle$ $1$ $\rangele$ $}$ 에서 직접 $|2\rangle$ $|2\rangle$ $⟩[\$ $displaystystyle$ $|1\rangle$ 로 $|2\rangle$ 할 $|2\rangle$ 수 있다 $.$ $레이스타일 2\rangele }$ - $⟩$ $|2\rangle$ $displaystyle 3\rangele }$ - $|2\rangle$ ${\displaystyle 2\rangele$ $|2\rangle$ 다른 경로에 대한 확률 진폭은 파괴적으로 간섭한다. $|3\rangle$ $3\rangele$ 의 수명이 $|3\rangle$ 비교적 긴 경우, 결과는 $|1\rangle$ 1 $1\rangele$ - $|2\rangle$ $2\rangele$ 흡수선 $|2\rangle$ 내부에 완전히 투명한 창이 된다.

또 다른 접근방식은 "복장 상태" 그림으로, 시스템 + 커플링 필드 해밀턴이 대각선으로 처리되고 프로브에 대한 영향이 새로운 기준으로 계산된다. 이 그림에서 EIT는 옷을 입은 상태 사이의 Autler-Townes 분할과 Fano 간섭의 조합을 닮았다. 더블트 피크 사이, 투명 창 중앙에서 프로브의 양자 확률 진폭은 어느 한 상태 취소로 전환을 유발한다.

폴라리톤 그림은 특히 정지된 빛의 계획을 묘사하는 데 중요하다. 여기서 프로브의 광자는 매질의 배설물인 "암흑 상태 폴라리톤"으로 조리 있게 "변환"된다. 이러한 배설물은 분해율에만 의존하여 장기간 존재하거나 "보관"할 수 있다.

느린 빛과 정지된 빛

EIT와 관련하여 빠르게 변화하는 흡수(회색) 영역에서 굴절 지수(파란색)의 빠른 변화. 투명창 중앙의 굴절률의 가파르고 양의 선형 부위는 느린 빛을 낸다.

EIT는 느린 빛을 낼 수 있는 많은 다양한 메커니즘 중 하나일 뿐이라는 것을 깨닫는 것이 중요하다. 크레이머스-크로니그 관계는 좁은 스펙트럼 범위에 대한 흡수(또는 이득)의 변화는 유사하게 좁은 영역에 대한 굴절률의 변화를 동반해야 한다고 지시한다. 이러한 굴절률의 빠르고 긍정적인 변화는 매우 낮은 그룹 속도를 만들어낸다.^[10] EIT가 생산한 저그룹 속도에 대한 첫 실험 관측은 1991년 스트론튬에서 볼러, 이마모룰루, 해리스가 스탠포드 대학교에서 했다. 1999년 Lene Hau는 극초음속 나트륨 원자의 매체에서 빛이 느려지는 것을 보고했고 전자 ^[11]유도 투명성(EIT)을 담당하는 양자 간섭 효과를 이용하여 이를 달성했다.^[12] 그녀의 그룹은 스티븐 E와 함께 EIT에 관한 많은 연구를 수행했다. 해리스 "자석 유도 투명성(EIT)이나 초슬로 라이트(USL)를 나타내는 물질을 통합한 마이크로 캐비티의 특성을 상세 수치 시뮬레이션과 분석 이론을 이용해 연구한다. 우리는 그러한 시스템이 크기(순서 파장)가 축소되고 통합이 가능하지만, 뛰어난 특성을 가질 수 있다는 것을 발견한다. 특히 그들은 다른 기존 시스템보다 더 긴 수명주문을 가질 수 있고 단일 광자 전원 수준에서 비선형 모든 광학스위치를 나타낼 수 있다. 잠재적 응용 분야로는 미니어처 원자 시계, 전광 양자 정보 처리 등이 있다."^[13] 현재 EIT 매체의 느린 빛에 대한 기록은 버드커, 킴볼, 로체스터, 야슈크가 1999년 U.C. 버클리에서 보유하고 있다. 8m/s의 낮은 그룹 속도는 따뜻한 열 루비듐 증기로 측정되었다.^[14]

정지된 빛은, EIT 매체의 맥락에서, 광자가 양자 시스템으로 일관성 있게 전달되었다가 다시 되돌아오는 것을 말한다. 원칙적으로 이는 프로브 펄스가 EIT 매체의 내부에 있을 때 연결 장치 빔을 단열 방식으로 끄는 것을 포함한다. EIT 매체에 Pulse가 끼었다는 실험 증거가 있다. 저자들은 원자 논리합성 매체 안에 고정된 빛의 맥박을 만들어냈다. 2009년에 하버드 대학교와 MIT의 연구원들은 느린 빛 아이디어를 바탕으로 양자 광학용 몇 개의 광학 스위치를 시연했다.^[16] Lene Hau와 하버드 대학교의 팀이 가장 먼저 정지된 빛을 보여주었다.^[17]

EIT 냉각

EIT 냉각에 사용되는 3가지 레벨 람다 구조로, 각각 라비

\displaystyle \Omega _{g},\Omega _{m}

가

\displaystyle \Omega _{g},\Omega _{m}

g ,

\displaystyle \Omega _{g},\Omega _{m}

m

{\

_{

m}

이며

\displaystyle \Omega _{g},\Omega _{m}

,

\Delta _{g},\Delta _{m}

\Delta _{g},\Delta _{m}

,

\Delta _{g},\Delta _{m}

이다

\Delta _{g},\Delta _{m}

.

EIT는 원자의 긴 줄을 이온 트랩에서 모션 접지 상태로 냉각시키는 데 사용되어 왔다.^[18] 냉각 기법을 설명하려면 접지 상태 $⟩{\displaystyle g\rangele$ 흥분 상태 $|e\rangle$ ${\displaystyle e\rangele$ 그리고 그 사이에 놓여 있는 $|m\rangle$ 안정 상태 또는 측정 가능한 $|m\rangle$ m $⟩{\displaystystyle m$ \rangele $}$ 과 같이 3 레벨 원자를 고려하십시오. The excited state $e\rangle$ is dipole coupled to $m\rangle$ and $g\rangle$ . An intense "coupling" laser drives the $m\rangle \rightarrow e\rangle$ transition at detuning ${\displaystyle \Delta _{m$ 공진 위 $\Delta _{m}$ $}}.$ $전환$ 진폭의 양자 간섭으로 인해 공진 $|g\rangle \rightarrow |e\rangle$ 의 $\Delta_g$ $|g\rangle \rightarrow |e\rangle$ $\Delta _{g}$ g $\Delta _{g}$ ${\$ $displaystyle$ $g\rangle$ $\$ $rigrow$ e $\$ $rangele}$ 전환을 $|g\rangle \rightarrow |e\rangle$ 구동하는 약한 "냉각" 레이저가 흡수 프로파일에 Fano와 유사한 형상이 나타난다. EIT cooling is realized when $\Delta _{g}=\Delta _{m}$ , such that the carrier transition $g,n\rangle \rightarrow e,n\rangle$ lies on the dark resonance of the Fano-like feature, where $n$ is used to label the quantized motional state 원자의 $|g,n\rangle \rightarrow |e,n-1\rangle$ 레이저의 $\Omega _{m}$ Rabi 주파수 $\Omega _{m}$ ${\$ 을 선택해서 $|g,n\rangle \rightarrow |e,n-1\rangle$ n $|g,n\rangle \rightarrow |e,n-1\rangle$ → $|g,n\rangle \rightarrow |e,n-1\rangle$ $|g,n\rangle \rightarrow |e,n-1\rangle$ - $|g,n\rangle \rightarrow |e,n-1\rangle$ $|g,n\rangle \rightarrow |e,n-1\rangle$ ${\displaystyle g,n\rangele \rightarrow e,n-1\rangele}"}"$ 빨간색 사이드밴드가 Fano 유사 기능의 좁은 최대치에 놓여 있다. 반대로 $|g,n\rangle \rightarrow |e,n+1\rangle$ , $|g,n\rangle \rightarrow |e,n+1\rangle$ $|g,n\rangle \rightarrow |e,n+1\rangle$ → $|g,n\rangle \rightarrow |e,n+1\rangle$ , $|g,n\rangle \rightarrow |e,n+1\rangle$ + $|g,n\rangle \rightarrow |e,n+1\rangle$ $|g,n\rangle \rightarrow |e,n+1\rangle$ $g,n\rangele \rightarrow e,n+1\rangele$ $|g,n\rangle \rightarrow |e,n+1\rangle$ "파란색" 사이드밴드는 아래 그림과 같이 흥분 확률이 낮은 영역에 놓여 있다. 호기 확률의 비율이 크기 때문에 도플러나 사이드밴드 냉각에 비해 냉각 한도가 낮아진다(동일한 냉각 속도를 가정한다).^[19]

냉각 레이저가

\Delta _{g}

\Delta _{g}

{\

을(를) 분리한 함수로 보는 흡수 프로필

\Delta _{g}

라비 주파수

\Omega _{m}

{\

을

\Omega _{m}

선택하여 빨간색 사이드밴드(빨간색 파선)가 파노와 같은 형상의 좁은 피크에 놓여 있고, 파란색 사이드밴드(파란색 파선)는 낮은 확률의 영역에 놓여 있다. 캐리어(검은색 점선)는 디트닝이 동일한 어두운 공진 위에 위치한다. 즉,

\Delta _{g}=\Delta _{m}

g

\Delta _{g}=\Delta _{m}

=

\Delta _{g}=\Delta _{m}

\Delta _{g}=\Delta _{m}

{\

그러한 흡수는 0이다.

참고 항목

참조

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