[论文解读] 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 26

一句话总结

该论文通过非共振光泵浦诱导腔内强色散，在掺杂稀土离子的晶体中实现了腔线宽缩小三个数量级。该技术利用可重编程的吸收谱形工程实现慢光，使多个腔模位于光谱透射窗口内，潜在应用于精密光学和量子技术。

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.

研究动机与目标

• 在掺杂稀土离子的晶体腔中实现显著的腔线宽压缩。
• 探索通过掺杂离子的非共振相互作用诱导强腔内色散以实现慢光效应。
• 通过光泵浦技术实现吸收谱形的可重编程控制。
• 在工程化光谱透射窗口内实现多个腔模。
• 识别在高精度光学系统和量子技术中的实际应用潜力。

提出的方法

• 利用掺杂稀土离子的晶体作为腔体介质，通过掺杂离子的非共振相互作用实现强色散。
• 采用光泵浦技术，对掺杂离子的吸收谱形实现半永久性但可快速重编程的改变。
• 通过强腔内色散诱导慢光传播，从而减小腔线宽。
• 通过受控色散工程化光谱透射窗口，以支持多个腔模。
• 利用晶体腔的高Q因子放大线宽压缩效应。
• 采用光谱表征技术验证透射窗口内多个腔模的存在与稳定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 由非共振相互作用诱导的强腔内色散是否能显著压缩掺杂稀土晶体中的腔线宽？
• RQ2 光泵浦在多大程度上可可重编程地改变吸收谱形，以控制色散与慢光？
• RQ3 在工程化光谱透射窗口内可支持多少个腔模？
• RQ4 该系统可实现的线宽压缩倍数是多少？
• RQ5 其在精密传感与量子光学应用中具有何种实际意义？

主要发现

• 腔线宽缩小了三个数量级，实现1000倍压缩。
• 线宽压缩由掺杂离子的非共振相互作用产生的强腔内色散所实现。
• 光泵浦可实现稀土离子吸收谱形的半永久性但快速可重编程的修改。
• 在通过工程化色散形成的光谱透射窗口内观察到多个腔模。
• 系统展现出稳定且可调谐的光谱控制能力，适用于高精度应用。
• 结果表明其在量子存储、光滤波和精密计量领域具有强大应用潜力。