[論文レビュー] Three orders of magnitude cavity-linewidth narrowing by slow light in a rare-earth-ion-doped crystal cavity

Mahmood Sabooni, Qian Li+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2013

Quantum optics and atomic interactions参考文献 1被引用数 26

ひとこと要約

この論文は、レアアースイオンドープ結晶において、共鳴外の光励起を介して強力なキャビティ内分散を誘発することで、キャビティ線幅を3桁短縮することを示した。この技術は再プログラミング可能な吸収プロファイル工学を用いて遅い光を生成し、スペクトル透過窓内に複数のキャビティモードを実現可能にし、高精度光学および量子技術分野への応用が期待される。

ABSTRACT

Three orders of magnitude cavity-linewidth narrowing in a rare-earth-ion-doped crystal cavity, induced by strong intra-cavity dispersion caused by off-resonant interaction with dopant ions is demonstrated. The strong dispersion is created by semi-permanent but rapidly reprogrammable changes of the rare earth absorption profiles using optical pumping techniques. Several cavity modes are shown within the spectral transmission window. Potential applications are discussed.

研究の動機と目的

• レアアースイオンドープ結晶キャビティにおける顕著なキャビティ線幅短縮を達成すること。
• ドーパントイオンとの共鳴外相互作用による強力なキャビティ内分散を用いて遅い光効果を誘発することの検討。
• 光励起技術による吸収プロファイルの再プログラミング可能な制御の実現。
• 設計されたスペクトル透過窓内に複数のキャビティモードを実現することの検証。
• 高精度光学システムおよび量子技術分野における応用可能性の特定。

提案手法

• ドーパントイオンとの共鳴外相互作用により強力な分散を引き起こすため、レアアースイオンドープ結晶をキャビティ媒体として使用。
• 光励起を用いてドーパントイオンの吸収プロファイルに半永久的だが迅速に再プログラミング可能な変化を誘発。
• 強力なキャビティ内分散を生成し、遅い光伝播を実現することでキャビティ線幅を低減。
• 制御された分散を用いて、複数のキャビティモードを支持するスペクトル透過窓を設計。
• 結晶キャビティの高Qファクターを活用し、線幅短縮効果を増幅。
• スペクトル特性評価技術を用いて、透過窓内における複数のキャビティモードの存在および安定性を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 共鳴外相互作用による強力なキャビティ内分散が、レアアースドープ結晶におけるキャビティ線幅を顕著に短縮できるか？
• RQ2 光励起による再プログラミング可能な吸収プロファイル変更が、分散および遅い光の制御にどの程度効果を発揮するか？
• RQ3 設計されたスペクトル透過窓内に、最大で何個のキャビティモードを支持できるか？
• RQ4 このようなシステムで達成可能な線幅短縮係数はどの程度か？
• RQ5 高精度センシングおよび量子オプティクス分野における実用的インパクトは何か？

主な発見

• キャビティ線幅が3桁短縮され、1000倍の短縮が達成された。
• 線幅短縮は、ドーパントイオンとの共鳴外相互作用による強力なキャビティ内分散に起因する。
• 光励起により、レアアースイオンの吸収プロファイルに半永久的だが迅速に再プログラミング可能な変更が可能となった。
• 設計された分散に起因するスペクトル透過窓内に複数のキャビティモードが観測された。
• 安定的かつ調整可能なスペクトル制御が実現され、高精度応用に適していることが示された。
• 量子メモリ、光フィルタリング、高精度メトロロジー分野への応用可能性が強く示唆された。