Gennemsigtighedsvinduet vises i et ensemble af ioner – Physics World

Gennemsigtighedsvinduet vises i et ensemble af ioner – Physics World

Tidsstempel: 30. maj 2023 kl. 5

en laser, der rammer atomer i et optisk hulrum.
Kollektivt induceret gennemsigtighed: kunstnerens visualisering af en laser, der slår atomer i et optisk hulrum. (Med høflighed: Ella Maru Studio)

Fysikere i USA har opdaget en laserbaseret "switch", der gør en prøve af ioner fuldstændig gennemsigtig ved bestemte frekvenser. Ved at arbejde på California Institute of Technology (Caltech) fandt holdet ud af, at når de koblede ytterbium-ioner (Yb)3+) til en nanofotonisk resonator og stærkt exciterede dem med laserlys, stoppede ionerne brat med at reflektere lys ved frekvenser forbundet med deres vibrationer. Denne effekt, som holdet kalder "kollektivt induceret gennemsigtighed", kunne have applikationer i kvanteoptiske enheder.

"Vi opdagede fænomenet, mens vi forsøgte at udvikle teknikker til at kontrollere ytterbium-atomer koblet til et optisk hulrum ved hjælp af laserlys," med-teamleder Andrei Faraon fortæller Fysik verden. Hulrummet, som måler 20 mikrometer på tværs, indeholder omkring en million Yb3+ ioner. Som en gruppe vibrerer disse ioner ved en bred fordeling af frekvenser, men Faraon forklarer, at hver enkelt ion kun vibrerer inden for et meget snævert frekvensområde.

"Når det undersøges med en laser med lavere effekt, er systemet uigennemsigtigt," fortsætter han. "Når laseren er indstillet til en frekvens nøjagtigt i midten af ​​frekvensfordelingen, og dens effekt øges, bliver systemet gennemsigtigt."

Beslægtet med destruktiv interferens

Denne selektive gennemsigtighedseffekt er relateret til, hvordan ionerne svinger i forhold til laseren, siger Faraon. Han sammenligner det med det velkendte fænomen destruktiv interferens, hvor bølger fra to eller flere kilder ophæver hinanden. I det system, der er studeret i dette arbejde, absorberer og genudsender iongrupperne lys kontinuerligt. Normalt betyder denne re-emissionsproces, at laserlys bliver reflekteret. Ved den kollektivt inducerede transparensfrekvens sker der imidlertid noget meget andet: Det genudsendte lys fra hver af ionerne i en gruppe balancerer, hvilket fører til et dramatisk fald i refleksion.

Ud over kollektivt induceret gennemsigtighed observerede Faraon og kolleger også, at ensemblet af ioner kan absorbere og udsende lys meget hurtigere eller langsommere end en enkelt ion afhængigt af laserens intensitet. Disse processer er kendt som henholdsvis super-udstråling og sub-udstråling og er ikke godt forstået. Alligevel siger forskerne, at dette meget ikke-lineære optiske emissionsmønster kunne udnyttes til at skabe mere effektive kvanteoptiske teknologier. Eksempler kan omfatte kvantehukommelser, hvor information er lagret i et ensemble af stærkt koblede ioner, såvel som solid-state super-strålende lasere til ensemble-baserede kvanteforbindelser i kvanteinformationsprocessorer.

Forskningen er beskrevet i Natur.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden