JP2009036902A - Method and device for electromagnetically induced transparency - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁波誘起透過方法及びその装置に関し、より詳細には、短パルス信号光の電磁波誘起透過方法及びその装置に関する。 The present invention relates to an electromagnetic wave induced transmission method and apparatus, and more particularly to an electromagnetic wave induced transmission method and apparatus for short pulse signal light.
電磁波誘起透過(EIT:Electromagnetically InducedTransparency)技術は、物質中を伝搬する信号光が物質と強く相互作用している場合でも、周波数および強度について所定の条件を満たすように制御光を入射することで、物質との強い相互作用と低損失光伝搬という背反する要求を同時に満たすことを可能にするものである。EITは、自然現象として興味深いだけでなく、物質を介した光と光との強い相互作用の実現や、反転分布の形成を必要としない効率的な光増幅など、量子エレクトロニクスの分野において数多くの技術的応用が期待されている(非特許文献1参照)。 Electromagnetically Induced Transparency (EIT) technology allows control light to be incident so as to satisfy predetermined conditions for frequency and intensity even when signal light propagating in the substance interacts strongly with the substance. This makes it possible to simultaneously satisfy the contradicting requirements of strong interaction with matter and low-loss light propagation. EIT is not only interesting as a natural phenomenon, but also a number of technologies in the field of quantum electronics, such as the realization of strong interaction between light and light through materials, and efficient light amplification that does not require the formation of inversion distributions. Application is expected (see Non-Patent Document 1).
特に近年では、EITにより、物質の分散特性の共鳴周波数付近において著しい変調が生じることを利用して、伝搬する光の速度を極度に遅くしたり、速度ゼロの極限として光の状態をその位相情報を損なうことなく一時的に物質中に記憶して後から読み出すという実験結果も報告されている。これは光の量子力学的な状態の記憶をも可能にするものとして大きな期待をもたれている。 Particularly in recent years, EIT has made use of the fact that significant modulation occurs near the resonance frequency of the dispersion characteristics of a substance, so that the speed of propagating light can be extremely slowed down, or the phase of the light can be set as the limit of zero speed. Experimental results have also been reported in which the substance is temporarily stored in the substance without being damaged, and is read later. This is highly anticipated as enabling the storage of the quantum mechanical state of light.
以下、EITの物理的な原理を簡単に説明する。図1は、信号光が伝搬する物質を構成する個々の原子またはイオンに属する電子のエネルギー凖位を示している。ここで凖位1と凖位2は2つの異なる基底状態であり、凖位3は励起状態である。凖位1と凖位3および凖位2と凖位3は、光学遷移によりそれぞれ結びついている。凖位1と凖位2とのエネルギー差は光学遷移周波数(数百THz)に比べてはるかに小さい(100MHz〜数GHz)ため、充分に低温(数ケルビン程度)であれば電子は凖位1および凖位2にほぼ等確率で分布し、凖位3にいることはない。凖位1および凖位2としては、1つのエネルギー凖位が超微細構造相互作用(電子と原子核の電磁気的モーメントとの間の相互作用)や磁場によるゼーマン効果(電子の磁気モーメントと外部磁場との間の相互作用)によって複数の凖位に分裂したものを用いることが多い。
Hereinafter, the physical principle of EIT will be briefly described. FIG. 1 shows the energy levels of electrons belonging to individual atoms or ions constituting a substance through which signal light propagates. Here, the
信号光の光周波数fsを、凖位2と準位3との間の光学遷移周波数F23に共鳴するように設定すると、電子は、信号光との相互作用によって凖位2と凖位3との間を周期的に往復する。平均すると凖位3に電子を見出す確率が増加するため、共鳴条件下では信号光は少なからぬ吸収を被る。
When the optical frequency fs of the signal light is set so as to resonate with the optical transition frequency F23 between the
こうした信号光の吸収を抑制するために、光周波数fpが凖位1と凖位3との間の光学遷移周波数F13に共鳴するように設定された制御光を入射する。ここで、凖位1、凖位2、および凖位3の電子の量子状態(波動関数)をそれぞれ|1>、|2>、および|3>と表し、制御光中に光周波数fpの光子がN個含まれている光の量子状態を|N>phと表すことにする。電子と制御光との相互作用によって、物質と制御光とからなる系は2つの量子状態|1>|N>phと|3>|N−1>phの間を往復することになる。後者は、電子が光子を1つ吸収して凖位1から準位3へ遷移した状態である。これら2つの状態のエネルギーは等しいが、両者が光−電子相互作用を介して結合しているため、系の量子状態は、
|A>=(|1>|N>ph+|3>|N−1>ph)/√2,
|B>=(|1>|N>ph−|3>|N−1>ph)/√2
によって記述される異なるエネルギー凖位EAおよびEBをそれぞれ有する2つの複合状態(「ドレスド状態」と呼ばれる。)に分離することになる(非特許文献2参照)。ドレスド状態は、図2に示すように、凖位3のエネルギー凖位が制御光との相互作用によってEAとEBにわずかに上下に等しく分離したものとも見做せる。
In order to suppress such absorption of the signal light, the control light set so that the optical frequency fp resonates with the optical transition frequency F13 between the
| A> = (| 1> | N> ph + | 3> | N-1> ph ) / √2,
| B> = (| 1> | N> ph- | 3> | N-1> ph ) / √2
Will be separated into two composite states (referred to as “dressed states”) each having different energy levels E A and E B (see Non-Patent Document 2). Dressed state, as shown in FIG. 2, also seen to做as separated equally slightly vertically E A and E B by the interaction energy凖位is a control light of凖位3.
この状態で、信号光の光周波数fsを光学遷移周波数F23と共鳴するように設定して入射すると、信号光に対する吸収が消失する。なぜならば、状態|2>から状態|A>への光学遷移の確率振幅と、状態|2>から状態|B>への光学遷移の確率振幅とが互いに大きさが等しく逆符号になっていて打ち消し合うためである。凖位2と凖位1との間の光学遷移の確率は極めて小さく無視できる。
In this state, if the optical frequency fs of the signal light is set so as to resonate with the optical transition frequency F23, the absorption of the signal light disappears. This is because the probability amplitude of the optical transition from the state | 2> to the state | A> and the probability amplitude of the optical transition from the state | 2> to the state | B> are equal in magnitude and have opposite signs. This is to cancel each other. The probability of an optical transition between the
このように、制御光を入射してドレスド状態を生じさせることによって、共鳴条件下であるにもかかわらず信号光に対する吸収をゼロにする又は抑制することが可能である。換言すると、制御光と信号光を物質に同時に入射する際に、信号光の周波数fsを、凖位2と凖位3との間の共鳴周波数とし、制御光の周波数fpと信号光の周波数fsとの差(fp−fs)を、凖位1と凖位2との間のエネルギー差に対応する周波数差F12(=F13−F23)に一致させるのがEITを発現するための条件(これを「EIT条件」と呼ぶ。)である。なお、状態|A>や|B>から|1>への光学遷移が禁制になるわけではないことに注意されたい。
In this way, by causing the control light to enter and create a dressed state, it is possible to reduce or suppress the absorption of the signal light even under the resonance condition. In other words, when the control light and the signal light are simultaneously incident on the substance, the frequency fs of the signal light is set to the resonance frequency between the
図3に、信号光の吸収透過特性α(複素屈折率の虚数部)および分散特性Δn(複素屈折率の実数部)を、信号光の光周波数fsの凖位2−3間の共鳴周波数からのずれδfsの関数として示す。EIT条件下では、共鳴周波数付近において吸収が急激にゼロになるとともに屈折率の周波数依存性が顕著になる。これらの特性を利用して、光の伝搬速度を制御したり損失を抑制したまま非線形相互作用を増強するなど、信号光と物質を強く相互作用させることができる(非特許文献3および4参照)。 FIG. 3 shows the absorption / transmission characteristic α (imaginary part of complex refractive index) and dispersion characteristic Δn (real part of complex refractive index) of the signal light from the resonance frequency between the positions 2-3 of the optical frequency fs of the signal light. As a function of the deviation δfs. Under EIT conditions, the absorption rapidly becomes zero near the resonance frequency, and the frequency dependence of the refractive index becomes remarkable. Utilizing these characteristics, the signal light and the substance can be strongly interacted, such as controlling the propagation speed of light or enhancing the nonlinear interaction while suppressing loss (see Non-Patent Documents 3 and 4). .
実際にEITを実現するためには、信号光を伝搬させる物質として、アルカリ原子を封入した気体セル、レーザー冷却によって自由運動を抑制した冷却アルカリ原子集団、または希土類イオンを多数ドープしたイオン性結晶を用いることが多い。特に希土類イオンドープ結晶は、EITを起こすイオンの空間密度が数桁高いこと、イオンが空間的に固定されており拡散がないこと、固体であり扱いが容易であることから最近よく用いられるようになっている(非特許文献5および6参照)。 In order to actually realize EIT, as a substance for propagating signal light, a gas cell encapsulating alkali atoms, a cooled alkali atom group in which free movement is suppressed by laser cooling, or an ionic crystal doped with a large number of rare earth ions Often used. In particular, rare earth ion-doped crystals are often used recently because the spatial density of ions causing EIT is several orders of magnitude higher, the ions are spatially fixed and do not diffuse, and are solid and easy to handle. (See Non-Patent Documents 5 and 6).
しかしながら、信号光が、連続光や比較的時間幅の長いパルス光ではなく、短パルス光の場合、従来のEIT技術では低損失光伝搬を十分に実現できない。時間軸上に多くの情報をのせて高速に処理するためには、信号光のパルス時間幅を少なくとも1n秒程度に短くすることが望まれ、これは周波数帯域幅では1GHzに相当する。この場合、光スペクトルでみると信号光はパルス時間幅の逆数で定義される「光周波数拡がり」を持つ。EITは光周波数に敏感な物理現象であるため、ある光周波数においてEIT条件を満たしていても、光周波数スペクトルに含まれる他の光周波数では吸収が生じ、信号光の波形が劣化してしまう。 However, when the signal light is not continuous light or pulse light with a relatively long time width but short pulse light, the conventional EIT technique cannot sufficiently realize low-loss light propagation. In order to process a large amount of information on the time axis and perform high-speed processing, it is desired to shorten the pulse time width of the signal light to at least about 1 ns, which corresponds to 1 GHz in the frequency bandwidth. In this case, in the optical spectrum, the signal light has “optical frequency spread” defined by the reciprocal of the pulse time width. Since EIT is a physical phenomenon that is sensitive to optical frequency, even if the EIT condition is satisfied at a certain optical frequency, absorption occurs at other optical frequencies included in the optical frequency spectrum, and the waveform of the signal light deteriorates.
原子気体セルやレーザ冷却原子、または希土類ドープ結晶等を利用した現状の方法では、EITの周蓮帯域幅をここまで拡げるのは極めて困難であると考えられる。EITの可能な周波数帯域幅は現状では最大でも数MHz程度であり、これは時間幅に直すとμ秒の程度である。 In the current method using an atomic gas cell, a laser cooled atom, a rare earth doped crystal, or the like, it is considered extremely difficult to widen the EIT circumference bandwidth so far. The frequency bandwidth at which EIT is possible is currently about several MHz at the maximum, which is about microseconds in terms of time width.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、信号光の波形劣化を抑制した、短パルス信号光の電磁波誘起透過方法及びその装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an electromagnetic wave induced transmission method and apparatus for short pulse signal light in which the waveform deterioration of the signal light is suppressed.
このような目的を達成するために、請求項1に記載の本発明は、中心周波数fs、光周波数拡がりΔfsの短パルス信号光の電磁波誘起透過方法であって、複数個の希土類イオンがドープされ、光学遷移周波数が中心周波数FO、分布幅ΔFOであって、前記中心周波数fsが前記分布幅ΔFOの範囲内であるガラス媒体を、数ケルビンの温度まで冷却する冷却ステップと、冷却された前記ガラス媒体に磁場を印加して、前記複数個の希土類イオンのそれぞれの4f電子系のエネルギー準位に、平均値がfzであり、分布幅がΔfsより大きいΔfzであるゼーマン分裂を生じさせる磁場印加ステップと、光周波数fpの第1の制御光を、前記ガラス媒体に時間T0からT1まで入力する第1の制御ステップであって、前記光周波数fpはfs+fzである第1の制御ステップと、光周波数fhの第2の制御光を、前記ガラス媒体に時間T1からT2まで入力する第2の制御ステップであって、前記光周波数fhは時間T1からT2までの間に、fs−Δfs/2からfs+Δfs/2までの範囲にわたり掃引される第2の制御ステップと、前記第1の制御光および前記短パルス信号光を前記ガラス媒体に時間T2からT3まで入力して、前記短パルス信号光の光周波数スペクトルの全範囲においてEIT条件を充足させる電磁波誘起透過発現ステップとを含むことを特徴とする。
In order to achieve such an object, the present invention described in
また、請求項2に記載の本発明は、搬送波成分fsを中心として両側に変調周波数成分がΔfmの間隔で並ぶ、繰り返し周期を有する短パルス信号光の電磁波誘起透過方法であって、複数個の希土類イオンがドープされ、光学遷移周波数が中心周波数FO、分布幅ΔFOであって、前記搬送波成分fsが前記分布幅ΔFOの範囲内であるガラス媒体を、数ケルビンの温度まで冷却する冷却ステップと、冷却された前記ガラス媒体に磁場を印加して、前記複数個の希土類イオンのそれぞれの4f電子系のエネルギー準位に、平均値fzおよび分布幅ΔfzがΔfmより小さいゼーマン分裂を生じさせる磁場印加ステップと、搬送波成分fpを中心として両側に変調周波数成分がΔfmの間隔で並ぶ、繰り返し周期を有する第1の制御光を、前記ガラス媒体に時間T0からT1まで入力する第1の制御ステップであって、前記搬送波成分fpはfs+fzである第1の制御ステップと、搬送波成分fsを中心として両側に変調周波数成分がΔfmの間隔で並ぶ、繰り返し周期を有する第2の制御光を、前記ガラス媒体に時間T1からT2まで入力する第2の制御ステップと、前記第1の制御光および前記短パルス信号光を前記ガラス媒体に時間T2からT3まで入力して、前記短パルス信号光の光周波数スペクトルの全範囲においてEIT条件を充足させる電磁波誘起透過発現ステップとを含むことを特徴とする。
Further, the present invention according to
また、請求項3に記載の本発明は、請求項1または2において、前記ガラス媒体は、光ファイバであることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the glass medium is an optical fiber.
また、請求項4に記載の本発明は、中心周波数fs、光周波数拡がりΔfsの短パルス信号光の電磁波誘起透過装置であって、複数個の希土類イオンがドープされ、光学遷移周波数が中心周波数FO、分布幅ΔFOであるガラス媒体であって、中心周波数fsが前記分布幅ΔFOの範囲内であるガラス媒体と、前記ガラス媒体を数ケルビンの温度まで冷却する冷却装置と、前記ガラス媒体に磁場を印加して、前記複数個の希土類イオンのそれぞれの4f電子系のエネルギー準位に、平均値がfzであり、分布幅がΔfsより大きいΔfzであるゼーマン分裂を生じさせる磁場印加装置と、光周波数fpの第1の制御光を前記ガラス媒体に入力する第1の光源であって、前記光周波数fpはfs+fzである第1の光源と、光周波数fhの第2の制御光を前記ガラス媒体に入力する第2の光源と、前記短パルス信号光を前記ガラス媒体に入力する入力ポートと、前記ガラス媒体を伝搬した前記短パルス信号光を出力する出力ポートと、前記第1の光源を時間T0からT1までオンにする第1の制御手段と、前記第2の光源を時間T1からT2までオンにする第2の制御手段であって、前記光周波数fhを、時間T1からT2までの間に、fs−Δfs/2からfs+Δfs/2までの範囲にわたり掃引する第2の制御手段と、前記短パルス信号光の入力に同期して、前記第1の光源を時間T2からT3までオンにし、前記短パルス信号光の光周波数スペクトル全範囲においてEIT条件を充足させる電磁波誘起透過発現手段とを備えることを特徴とする。 The present invention according to claim 4 is an electromagnetic wave induced transmission device for short pulse signal light having a center frequency fs and an optical frequency spread Δfs, wherein a plurality of rare earth ions are doped, and the optical transition frequency is the center frequency FO. A glass medium having a distribution width ΔFO, the center frequency fs being within the range of the distribution width ΔFO, a cooling device for cooling the glass medium to a temperature of several Kelvin, and a magnetic field applied to the glass medium. A magnetic field applying device that generates Zeeman splitting having an average value of fz and a distribution width of Δfz greater than Δfs at the energy level of each of the plurality of rare earth ions in the 4f electron system; a first light source that inputs first control light of fp to the glass medium, the first light source having an optical frequency fp of fs + fz, and a second light source of optical frequency fh. A second light source for inputting control light to the glass medium; an input port for inputting the short pulse signal light to the glass medium; an output port for outputting the short pulse signal light propagated through the glass medium; First control means for turning on the first light source from time T0 to T1, and second control means for turning on the second light source from time T1 to T2, wherein the optical frequency fh is set to time In synchronization with the input of the short pulse signal light, the second control means for sweeping over the range from fs−Δfs / 2 to fs + Δfs / 2 between T1 and T2, the first light source is turned on for a time T2. To T3, and electromagnetic wave induced transmission expression means for satisfying EIT conditions in the entire optical frequency spectrum of the short pulse signal light is provided.
また、請求項5に記載の本発明は、搬送波成分fsを中心として両側に変調周波数成分がΔfmの間隔で並ぶ、繰り返し周期を有する短パルス信号光の電磁波誘起透過装置であって、複数個の希土類イオンがドープされ、光学遷移周波数が中心周波数FO、分布幅ΔFOであるガラス媒体であって、搬送波成分fsが前記分布幅ΔFOの範囲内であるガラス媒体と、前記ガラス媒体を数ケルビンの温度まで冷却する冷却装置と、前記ガラス媒体に磁場を印加して、前記複数個の希土類イオンのそれぞれの4f電子系のエネルギー準位に、平均値fzおよび分布幅ΔfzがΔfmより小さいゼーマン分裂を生じさせる磁場印加装置と、搬送波成分fpを中心として両側に変調周波数成分がΔfmの間隔で並ぶ、繰り返し周期を有する第1の光源であって、前記光周波数fpはfs+fzである第1の光源と、搬送波成分fsを中心として両側に変調周波数成分がΔfmの間隔で並ぶ、繰り返し周期を有する第2の制御光を前記ガラス媒体に入力する第2の光源と、前記短パルス信号光を前記ガラス媒体に入力する入力ポートと、前記ガラス媒体を伝搬した前記短パルス信号光を出力する出力ポートと、前記第1の光源を時間T0からT1までオンにする第1の制御手段と、前記第2の光源を時間T1からT2までオンにする第2の制御手段と、前記短パルス信号光の入力に同期して、前記第1の光源を時間T2からT3までオンにし、前記短パルス信号光の光周波数スペクトル全範囲においてEIT条件を充足させる電磁波誘起透過発現手段とを備えることを特徴とする。 The present invention according to claim 5 is an electromagnetic wave induced transmission device for short pulse signal light having a repetition period in which modulation frequency components are arranged at both sides centered on a carrier wave component fs at an interval of Δfm. A glass medium doped with rare earth ions and having an optical transition frequency of a center frequency FO and a distribution width ΔFO, a carrier medium component fs being in the range of the distribution width ΔFO, and a temperature of several Kelvin. And a magnetic field is applied to the glass medium, and Zeeman splitting occurs in the energy level of each of the plurality of rare earth ions in the 4f electron system with an average value fz and a distribution width Δfz smaller than Δfm. And a first light source having a repetition period in which modulation frequency components are arranged on both sides around the carrier wave component fp at an interval of Δfm. Then, the first light source having the optical frequency fp of fs + fz and the second control light having a repetition period in which the modulation frequency components are arranged at both sides around the carrier wave component fs at the interval of Δfm are input to the glass medium. A second light source, an input port for inputting the short pulse signal light to the glass medium, an output port for outputting the short pulse signal light propagated through the glass medium, and the first light source from time T0 to T1 First control means for turning on the second light source, second control means for turning on the second light source from time T1 to T2, and the first light source in synchronization with the input of the short pulse signal light And an electromagnetic wave induced transmission expression unit that is turned on from time T2 to T3 and satisfies EIT conditions in the entire optical frequency spectrum of the short pulse signal light.
また、請求項6に記載の本発明は、請求項4または5において、前記ガラス媒体は、光ファイバであることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth or fifth aspect, the glass medium is an optical fiber.
本発明によれば、複数個の希土類イオンがドープされたガラス媒体に対する第1および第2の制御光による半永続的ホールバーニングを利用して、短パルス信号光の光周波数スペクトル全範囲においてEIT条件を充足させることにより、信号光の波形劣化を抑制した、短パルス信号光の電磁波誘起透過方法及びその装置を提供することができる。 According to the present invention, the EIT condition is applied to the entire optical frequency spectrum of the short pulse signal light by using semi-permanent hole burning by the first and second control lights for the glass medium doped with a plurality of rare earth ions. By satisfying the above, it is possible to provide an electromagnetic wave induced transmission method and apparatus for short pulse signal light, in which the waveform deterioration of the signal light is suppressed.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明するが、まず、本発明の原理の説明を行い、次いで実施形態1および2について述べる。
(本発明の原理)
本発明では、短パルス信号光を伝搬させる物質として、希土類イオンをドープしたガラス媒体を用いる。固体中に希土類イオンをドープすると、周辺の局所的な分子電場の微妙な相違に起因して、ゼーマン効果によるエネルギー分裂の大きさδEzが希土類イオン毎に異なる。ゼーマン効果によるエネルギー分裂は、印加した磁場の強さをH、比例係数をGとして
δEz=G・H
と表されるが、比例定数Gに分布が生じることになる。固体の中でも特に原子やイオンが不規則な構造を有するガラス媒体中に希土類イオンをドープすると、4f電子の軌道角運動量やスピン(あるいは軌道角運動量とスピンを合成した合成角運動量)の振る舞いが周辺の局所的な分子電場の影響を強く受ける。この場合、エネルギー分裂δEzに対応する周波数の平均値fzと統計的な分布幅Δfzが同程度の大きさになることが実験により知られている(非特許文献7参照)。平均値fzの値は磁場の強さによってほぼ任意に調整可能である。平均値fzが変化するに伴い分布幅Δfzも変化する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the principle of the present invention will be described, and then Embodiments 1 and 2 will be described.
(Principle of the present invention)
In the present invention, a glass medium doped with rare earth ions is used as a substance for propagating short pulse signal light. When rare earth ions are doped in a solid, the energy splitting magnitude δEz due to the Zeeman effect differs for each rare earth ion due to subtle differences in the local local molecular electric field. Energy splitting due to the Zeeman effect is expressed as δEz = G · H where H is the strength of the applied magnetic field and G is the proportionality coefficient.
As shown, a distribution occurs in the proportionality constant G. When a rare earth ion is doped into a glass medium having a disordered structure of atoms and ions among solids, orbital angular momentum of 4f electrons and spin (or combined angular momentum combined with orbital angular momentum and spin) behave in the periphery. It is strongly influenced by the local molecular electric field. In this case, it has been experimentally known that the average frequency fz corresponding to the energy split δEz and the statistical distribution width Δfz have the same magnitude (see Non-Patent Document 7). The average value fz can be adjusted almost arbitrarily according to the strength of the magnetic field. As the average value fz changes, the distribution width Δfz also changes.
図1に示したようにゼーマン分裂した2つの基底状態を凖位1および凖位2として用いると、希土類イオンをドープしたガラス媒体では、準位1−2間のエネルギー差がΔfzの分布幅を有する。したがって、制御光の光周波数fpをある値に固定しても、EIT条件を満たす信号光の光周波数fsに±Δfz/2の幅が許容される。分布幅Δfzは磁場の強さHによって数GHz程度まで調整できるので、周波数帯域幅が1GHz程度である短パルスの信号光であっても信号光の光周波数スペクトルの全範囲にわたってEIT条件を充足することが可能になる。
As shown in FIG. 1, when two ground states splitted by Zeeman are used as the
希土類イオンをドープしたガラス媒体ではなく従来の物質であると、エネルギー分裂δEzの分布幅Δfzがガラス媒体のようには大きくならず、パルス信号光の光周波数スペクトルの全範囲にわたってEIT条件を満たすことができないので、信号光の波形が劣化する。 In the case of a conventional substance rather than a glass medium doped with rare earth ions, the distribution width Δfz of the energy split δEz does not become as large as that of the glass medium, and satisfies the EIT condition over the entire optical frequency spectrum of the pulse signal light. Since this is not possible, the waveform of the signal light deteriorates.
(実施形態1)
図4は、実施形態1に係る電磁波誘起透過方法を実施するための装置を示している。装置400は、複数個の希土類イオンをドープしたガラス媒体401と、ガラス媒体401を数ケルビンの温度まで冷却する冷却装置402と、ガラス媒体401に磁場を印加する磁場印加装置403と、中心周波数fs、光周波数拡がりΔfsの短パルス信号光をガラス媒体401に入力する入力ポート404と、ガラス媒体401を伝搬した短パルス信号光を外部に出力する出力ポート405と、光周波数がfpである第1の制御光をガラス媒体401に入力する第1の光源406と、光周波数がfhである第2の制御光をガラス媒体401に入力する第2の光源407と、第1の光源406および第2の光源407を同期制御する同期制御部408とを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 4 shows an apparatus for carrying out the electromagnetic wave induced transmission method according to the first embodiment. The
ガラス媒体401の光学遷移周波数は、中心周波数をFOとしてΔFOの分布幅を有している。これは、上述したゼーマン分裂の分布のように希土類イオン毎に局所的な環境が微妙に異なることによる。中心周波数FOは数百THzであり、分布幅ΔFOは数THzである。磁場を印加すると、ガラス媒体401中のゲストイオンのそれぞれについてゼーマン分裂が生じるが、光学遷移周波数の分布をほとんど変化させない。短パルス信号光の中心周波数fsは、分布幅ΔFOの範囲内に入るように設定する。
The optical transition frequency of the
冷却装置402は、たとえば液体ヘリウムによるクライオスタットとすることができる。同期制御部408は、以下に説明するステップを実行する手段として機能する。
The
以下、図5〜8を参照して本実施形態に係る電磁波誘起透過方法を説明する。
まず、ガラス媒体401を数ケルビンの温度まで冷却する冷却ステップと、ガラス媒体401に磁場を印加する磁場印加ステップを実行する。
Hereinafter, the electromagnetic wave induced transmission method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, a cooling step for cooling the
ガラス媒体401にドープされた希土類イオン(以下、ドープされた希土類イオンを「ゲストイオン」と呼ぶ。)の4f電子系の基底状態および励起状態を考える。基底状態は、磁場印加装置403により印加された磁場により準位1と準位2にゼーマン分裂する。励起状態の凖位3もゼーマン効果によって分裂するが、説明の簡素化のため最低エネルギーの凖位のみを凖位3とみなす。本発明の原理において説明したように、準位2は、準位1−2間のエネルギー差に対応する周波数の平均値fzと同程度の大きさの分布幅Δfzで分布している(図6(a))。磁場の大きさHは、分布幅Δfzが光周波数拡がりΔfsより大きくなるように設定する。
Consider the ground state and excited state of the 4f electron system of rare earth ions doped in the glass medium 401 (hereinafter, the doped rare earth ions are referred to as “guest ions”). The ground state is Zeeman split into
ステップS501(第1の制御ステップに対応)で、時間T0からT1にわたって、第1の光源406から光周波数がfpである第1の制御光をガラス媒体401に入力する。光周波数fpは、fs+fzに設定する。図6は、ステップS501の間に起こる現象を示している。
In step S501 (corresponding to the first control step), first control light having an optical frequency of fp is input from the first
第1の制御光を入力すると、凖位1−3間の光学遷移の共鳴周波数F13が光周波数fpに一致する一群のゲストイオン群Aが光学的に励起される(図6(a))。時間T1まで第1の制御光の入力を続けると、ゲストイオン群Aの準位1に存在する電子は、凖位3への励起とその後の脱励起をへて、凖位1から凖位2へ移行する(図6(b))。同時に、凖位2−3間の光学遷移の共鳴周波数F23が光周波数fpに一致するような別の一群のゲストイオン群Cにおいては、電子分布が凖位2から準位1へ移行する(図6(c))。
When the first control light is input, a group of guest ions A in which the resonance frequency F13 of the optical transition between the positions 1-3 is coincident with the optical frequency fp is optically excited (FIG. 6A). When the input of the first control light is continued until time T1, electrons existing at
こうして電子分布の移行が完了すると、光周波数fpの光を共鳴条件で吸収できる電子がいなくなるため、ガラス媒体401は、周波数fpの光に対して光学活性を失う。背景技術で述べたように、凖位1および凖位2の電子状態は数ケルビンの温度では安定であるため、この状態はしばらくの間持続する。適切な温度は、使用するガラス媒体に応じて異なる。このように、いわば吸収スペクトル上に光学活性の消失に伴う吸収ゼロのホールが空いて、かつホールが長時間持続することを「半永続的ホールバーニング」という(非特許文献8参照)。例えばガラス媒体中にドープしたエルビウム(Er)イオンでは、安定時間が数10秒から数分に及ぶと試算される。
When the transition of the electron distribution is completed in this way, there are no electrons that can absorb the light with the optical frequency fp under the resonance condition, and the
次いでステップS502(第2の制御ステップに対応)で、時間T1からT2にわたって、第2の光源407から光周波数がfhである第2の制御光をガラス媒体401に入力する。図7は、ステップS502の間に起こる現象を示している。
Next, in step S502 (corresponding to the second control step), the second control light having the optical frequency fh is input from the second
第2の制御光の光周波数fhは、短パルス信号光の光周波数スペクトルの全範囲を覆うように、最小値fs−Δfs/2から最大値fs+Δfs/2の範囲で連続的に掃引される(図5)。この操作によって、fs−Δfs/2からfs+Δfs/2の範囲に凖位2−3間の光学遷移の共鳴光周波数を有する一群のゲストイオン群Bでは、凖位3への光学励起と続く脱励起を経て電子の分布が凖位2から凖位1へ移行する(図7(a))。同様に、上記の周波数範囲に凖位1−3間の光学遷移の共鳴光周波数を有する別の一群のゲストイオン群Dでは、電子の分布が凖位1から凖位2へ移行する(図7(b))。こうして電子分布の移行が完了すると、fs−Δfs/2からfs+Δfs/2の光周波数の光を共鳴条件で吸収できる電子がいなくなるため、ガラス媒体は上記の範囲の光周波数を有する光の入力に対して光学活性を失う。ゲストイオン群Aとゲストイオン群Bの共通部分集合をなす一群のゲストイオン群ABを考えると、第2の制御光の照射によって凖位2から凖位1へ電子分布が移行し、光周波数fpの第1の制御光に対する光学活性が復活する(図8)。図5では、ステップS502の掃引がfs+Δfs/2からfs−Δfs/2に向かってなされるように示してあるが、このような態様に制限する意図ではない。
The optical frequency fh of the second control light is continuously swept within the range from the minimum value fs−Δfs / 2 to the maximum value fs + Δfs / 2 so as to cover the entire range of the optical frequency spectrum of the short pulse signal light ( FIG. 5). By this operation, in the group of guest ion groups B having the resonance optical frequency of the optical transition between the supine positions 2-3 in the range of fs−Δfs / 2 to fs + Δfs / 2, optical excitation to the supine position 3 and subsequent deexcitation are performed. After that, the electron distribution shifts from the
最後にステップS503(電磁波誘起透過発現ステップに対応)で、時間T2からT3にわたって、光周波数fpの第1の制御光および中心周波数fs、光周波数拡がりΔfsの短パルス信号光をガラス媒体401に入力する。第1の制御光の入力により、ゲストイオン群ABに限って凖位1と凖位3が結合してドレスド状態が形成される。短パルス信号光は、その光周波スペクトルの全範囲において第1の制御光とEIT条件を充足しているので、信号光の波形劣化を抑制した、短パルス信号光の電磁波誘起透過が実現できる。
Finally, in step S503 (corresponding to the electromagnetic wave induced transmission expression step), the first control light having the optical frequency fp and the short pulse signal light having the optical frequency spread Δfs are input to the
一方で、他のゲストイオン群では、依然として第1の制御光のみならずパルス信号光に対しても光学的に不活性のままであり、制御光と電子との相互作用およびパルス信号光と電子との相互作用はオフになっている。そのためEIT条件から外れているゲストイオン群による余計な光吸収は生じない。このようにEIT発現のための理想的な状況が実現される。 On the other hand, other guest ion groups remain optically inactive not only for the first control light but also for the pulse signal light, and the interaction between the control light and electrons and the pulse signal light and electrons. Interaction with is turned off. Therefore, no extra light absorption occurs due to the guest ion group deviating from the EIT condition. In this way, an ideal situation for EIT expression is realized.
同期制御部408は、ステップS501およびS502の実行にあたり第1の光源406および第2の光源407のオン・オフを同期制御する。ステップS503では、短パルス信号光の入力に同期して第1の光源406のオン・オフを行う。EIT発現のための理想的な状況が実現されているステップS503の状態が持続する時間は、ゲストイオンの凖位1と凖位2の安定継続時間τによって制限されるが、実際にはτよりやや短い時間で周期的にステップS501〜S503を繰り返すような使用を想定している。
The
ガラス媒体401として、光ファイバを利用することで、EIT条件を満たしたまま比較的長い距離を伝搬させて、伝搬遅延の効果や非線形光学効果の実施的な増強を図ることができる。
By using an optical fiber as the
また、レーザー光の光周波数の設定確度には誤差があり、従来の電磁波誘起透過方法ではEIT条件を充足させることが一般に困難であるが、本実施形態に係る電磁波誘起透過方法によれば、印加する磁場の大きさHを調整することによりEITが生じる光周波数の範囲(帯域)を十分に広くとれる。 In addition, there is an error in the setting accuracy of the optical frequency of the laser light, and it is generally difficult to satisfy the EIT condition with the conventional electromagnetic wave induced transmission method. However, according to the electromagnetic wave induced transmission method according to the present embodiment, By adjusting the magnitude H of the magnetic field to be generated, the optical frequency range (band) in which EIT occurs can be made sufficiently wide.
なお、以上では本実施形態に係る電磁波誘起透過方法に関して説明をしたが、同期制御部408はステップS501〜S503を実行する手段として機能するので、本発明は、同期制御部408がそのように機能する電磁波誘起透過装置を包含することが意図されている。
Although the electromagnetic wave induced transmission method according to the present embodiment has been described above, since the
(実施形態2)
実施形態2に係る電磁波誘起透過方法は、繰り返し周期を有する短パルス信号光の電磁波誘起透過方法である。
(Embodiment 2)
The electromagnetic wave induced transmission method according to the second embodiment is an electromagnetic wave induced transmission method of short pulse signal light having a repetition period.
たとえば、繰り返し周期T=0.1ns、パルス時間幅ΔT=10psとすると、この信号光の光周波数スペクトルは、繰り返し周期Tにわたる短パルス信号光の強度の平均値に相当する搬送波成分fsを中心として、両側に変調周波数成分がΔfmの間隔で並ぶ。Δfmはこの場合1/T=10GHz程度であり、光周波数拡がりΔfsは1/ΔT=100GHz程度である。このような信号光は、各々を単色スペクトルとみなせる変調周波数成分の集合として捉えることができる(図9(a)参照)。 For example, when the repetition period T = 0.1 ns and the pulse time width ΔT = 10 ps, the optical frequency spectrum of this signal light is centered on the carrier component fs corresponding to the average value of the short pulse signal light intensity over the repetition period T. The modulation frequency components are arranged on both sides at intervals of Δfm. In this case, Δfm is about 1 / T = 10 GHz, and the optical frequency spread Δfs is about 1 / ΔT = 100 GHz. Such signal light can be regarded as a set of modulation frequency components, each of which can be regarded as a monochromatic spectrum (see FIG. 9A).
実施形態1に係る電磁波誘起透過方法では、本発明の原理において上述したように印加した磁場の強さHの調整により数GHz程度まで光周波数拡がりΔfsを許容することができる。しかしながら、信号光の繰り返し周期Tが1ns未満になりΔfmが10GHz程度もしくはそれ以上となると、磁場の強さHの調整により2つ以上のスペクトル成分についてEIT条件を充足させることができなくなる。 In the electromagnetic wave induced transmission method according to the first embodiment, the optical frequency spread Δfs can be allowed to about several GHz by adjusting the strength H of the applied magnetic field as described above in the principle of the present invention. However, when the signal light repetition period T is less than 1 ns and Δfm is about 10 GHz or more, the EIT condition cannot be satisfied for two or more spectral components by adjusting the strength H of the magnetic field.
そこで、本実施形態に係る電磁波誘起透過方法は、短パルス信号光の光周波数スペクトル成分(搬送波成分および変調周波数成分)毎にEIT条件を充足させるために、第1の制御光および第2の制御光として、信号光とスペクトル形状が相似であり、繰り返し周期を有する短パルス光を利用する。 Therefore, in the electromagnetic wave induced transmission method according to the present embodiment, the first control light and the second control light are used to satisfy the EIT condition for each optical frequency spectrum component (carrier wave component and modulation frequency component) of the short pulse signal light. As the light, a short pulse light having a spectrum shape similar to that of the signal light and having a repetition period is used.
図9(b)は、第1の制御光の光周波数スペクトルを示している。第1の制御光は、短パルス信号光の光周波数スペクトルをfzだけ正の方向にずらしたものであり、搬送波成分fpが、fs+fzである。fzおよびΔfzの値は基本変調周波数Δfmより小さくなるように磁場の強さを調整する。仮に、fzおよびΔfzが周波数間隔Δfmを超えると、信号光の各変調束帯波成分に対するホールバーニングが有効に機能しなくなってしまう。なぜならば準位2−3間遷移がfs+kΔfm(kは整数)に共鳴すると同時に準位1−3間遷移が周波数fs+(k+1)Δfmに共鳴してしまうような希土類イオンが用意されてしまうからである。この場合、周波数fs+(k+1)Δfmを有する変調束帯波成分に対する吸収は消失しない。このことはすべてのkの値について当てはまるので、信号光の各変調周波数成分に対するホールバーニングの効率が著しく低下してしまう。第2の制御光は、短パルス信号光と全く同じものを利用すれば充分である。 FIG. 9B shows an optical frequency spectrum of the first control light. The first control light is obtained by shifting the optical frequency spectrum of the short pulse signal light in the positive direction by fz, and the carrier wave component fp is fs + fz. The strength of the magnetic field is adjusted so that the values of fz and Δfz are smaller than the basic modulation frequency Δfm. If fz and Δfz exceed the frequency interval Δfm, hole burning for each modulated bundle band component of the signal light will not function effectively. This is because rare earth ions are prepared so that the transition between levels 2-3 resonates with fs + kΔfm (k is an integer) and the transition between levels 1-3 resonates with frequency fs + (k + 1) Δfm. is there. In this case, absorption for the modulated bundle wave component having the frequency fs + (k + 1) Δfm does not disappear. Since this applies to all values of k, the efficiency of hole burning for each modulation frequency component of the signal light is significantly reduced. It is sufficient to use the same second control light as the short pulse signal light.
このようにして、光周波数スペクトル成分毎にEIT条件を満たすようなゲストイオン群だけを光学活性にすることにより、繰り返し周期を有する短パルス信号光に対するEITが可能になる。以下、より詳細に説明する。 In this way, by making only the guest ion group that satisfies the EIT condition for each optical frequency spectrum component optically active, EIT for short pulse signal light having a repetition period becomes possible. This will be described in more detail below.
図10は、実施形態2に係る電磁波誘起透過方法を実施するための装置を示している。装置1000は、複数個の希土類イオンをドープしたガラス媒体401と、ガラス媒体401を数ケルビンの温度まで冷却する冷却装置402と、ガラス媒体401に磁場を印加する磁場印加装置403と、搬送波成分fsを中心として両側に変調周波数成分がΔfmの間隔で並ぶ、繰り返し周期を有する短パルス信号光をガラス媒体401に入力する入力ポート1004と、ガラス媒体401を伝搬した短パルス信号光を外部に出力する出力ポート1005と、搬送波成分fpを中心として両側に変調周波数成分がΔfmの間隔で並ぶ、繰り返し周期を有する第1の制御光をガラス媒体401に入力する第1の光源1006と、搬送波成分fsを中心として両側に変調周波数成分がΔfmの間隔で並ぶ、繰り返し周期を有する第2の制御光をガラス媒体401に入力する第2の光源1007と、第1の光源1006および第2の光源1007を同期制御する同期制御部1008とを備える。
FIG. 10 shows an apparatus for carrying out the electromagnetic wave induced transmission method according to the second embodiment. The
ガラス媒体401の光学遷移周波数は、中心周波数をFOとしてΔFOの分布幅を有している。中心周波数FOは数百THzであり、分布幅ΔFOは数THzである。磁場を印加すると、ガラス媒体401中のゲストイオンのそれぞれについてゼーマン分裂が生じるが、光学遷移周波数の分布をほとんど変化させない。短パルス信号光の搬送波成分fsは、分布幅ΔFOの範囲内に入るように設定する。分布幅ΔFOは数THzと大きいので、多くの変調周波数成分を包含できる。
The optical transition frequency of the
冷却装置402は、たとえば液体ヘリウムによるクライオスタットとすることができる。同期制御部1008は、以下に説明するステップを実行する手段として機能する。
The
以下、図10および11を参照して本実施形態に係る電磁波誘起透過方法を説明する。 Hereinafter, the electromagnetic wave induced transmission method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、ガラス媒体401を数ケルビンの温度まで冷却する冷却ステップと、ガラス媒体401に磁場を印加する磁場印加ステップを実行する。磁場の大きさHは、ゼーマン分裂に対応する周波数の平均値fzおよび分布幅Δfzが基本変調周波数Δfmより小さくなるように設定する。Δfmがあまり小さいと、準位1−2間のエネルギー差が十分にない希土類イオンの占める割合が多くなり、ホールバーニングの効果が低下してしまうと予想されるので、概ね1/10程度を下限とする。
First, a cooling step for cooling the
ステップS1101で、(第1の制御ステップに対応)で、時間T0からT1にわたって、第1の光源1006から搬送波成分fpを中心として両側に変調周波数成分がΔfmの間隔で並ぶ、繰り返し周期を有する第1の制御光をガラス媒体401に入力する。搬送波成分fpは、fs+fzに設定する。第1の制御光を入力すると、実施形態1において説明したのと同様の原理でホールバーニングが生じて、ガラス媒体401が光周波数fp±kΔfm(kは整数)の光に対して光学活性を失う。
In step S1101, (corresponding to the first control step), from time T0 to T1, modulation frequency components are arranged at intervals of Δfm from the
次いでステップS1102(第2の制御ステップに対応)で、時間T1からT2にわたって、第2の光源1007から搬送波成分fsを中心として両側に変調周波数成分がΔfmの間隔で並ぶ、繰り返し周期を有する第2の制御光をガラス媒体401に入力する。第2の制御光を入力すると、実施形態1において説明したのと同様の原理でホールバーニングが生じて、ガラス媒体401が光周波数fs±kΔfm(kは整数)の光に対して光学活性を失い、ステップS1101において準位1−3間の光学活性を失った原子群では第1の制御光に対する光学活性が復活する。
Next, in step S1102 (corresponding to the second control step), from time T1 to T2, the second
最後にステップS1103(電磁波誘起透過発現ステップに対応)で、時間T2からT3にわたって、第1の制御光および短パルス信号光をガラス媒体401に入力する。第1の制御光の入力によりドレスド状態が形成され、短パルス信号光はその光周波スペクトルの全範囲において第1の制御光とEIT条件を充足する。したがって、信号光の波形劣化を抑制した、短パルス信号光の電磁波誘起透過が実現できる。
Finally, in step S1103 (corresponding to the electromagnetic wave induced transmission expression step), the first control light and the short pulse signal light are input to the
同期制御部1008は、ステップS1001およびS1002の実行にあたり第1の光源1006および第2の光源1007のオン・オフを同期制御する。ステップS1003では、短パルス信号光の入力に同期して第1の光源1006のオン・オフを行う。EIT発現のための理想的な状況が実現されているステップS1003の状態が持続する時間は、ゲストイオンの凖位1と凖位2の安定継続時間τによって制限されるが、実際にはτよりやや短い時間で周期的にステップS1001〜S1003を繰り返すような使用を想定している。
The
ガラス媒体401として、光ファイバを利用することで、EIT条件を満たしたまま比較的長い距離を伝搬させて、伝搬遅延の効果や非線形光学効果の実施的な増強を図ることができる。
By using an optical fiber as the
なお、以上では本実施形態に係る電磁波誘起透過方法に関して説明をしたが、同期制御部1008はステップS1001〜S1003を実行する手段として機能するので、本発明は、同期制御部1008がそのように機能する電磁波誘起透過装置を包含することが意図されている。
Although the electromagnetic wave induced transmission method according to the present embodiment has been described above, the
400 電磁波誘起透過装置
401 ガラス媒体
402 冷却装置
403 磁場印加装置
404 入力ポート
405 出力ポート
406 第1の光源
407 第2の光源
408 同期制御部(第1の制御手段、第2の制御手段、および電磁波誘起透過発現手段に対応)
1000 電磁波誘起透過装置
1004 入力ポート
1005 出力ポート
1006 第1の光源
1007 第2の光源
1008 同期制御部(第1の制御手段、第2の制御手段、および電磁波誘起透過発現手段に対応)
400 Electromagnetic wave induced
1000 Electromagnetic wave induced
Claims (6)
複数個の希土類イオンがドープされ、光学遷移周波数が中心周波数FO、分布幅ΔFOであって、前記中心周波数fsが前記分布幅ΔFOの範囲内であるガラス媒体を、数ケルビンの温度まで冷却する冷却ステップと、
冷却された前記ガラス媒体に磁場を印加して、前記複数個の希土類イオンのそれぞれの4f電子系のエネルギー準位に、平均値がfzであり、分布幅がΔfsより大きいΔfzであるゼーマン分裂を生じさせる磁場印加ステップと、
光周波数fpの第1の制御光を、前記ガラス媒体に時間T0からT1まで入力する第1の制御ステップであって、前記光周波数fpはfs+fzである第1の制御ステップと、
光周波数fhの第2の制御光を、前記ガラス媒体に時間T1からT2まで入力する第2の制御ステップであって、前記光周波数fhは時間T1からT2までの間に、fs−Δfs/2からfs+Δfs/2までの範囲にわたり掃引される第2の制御ステップと、
前記第1の制御光および前記短パルス信号光を前記ガラス媒体に時間T2からT3まで入力して、前記短パルス信号光の光周波数スペクトルの全範囲においてEIT条件を充足させる電磁波誘起透過発現ステップと
を含むことを特徴とする電磁波誘起透過方法。 An electromagnetic wave induced transmission method of a short pulse signal light having a center frequency fs and an optical frequency spread Δfs,
Cooling for cooling a glass medium doped with a plurality of rare earth ions, having an optical transition frequency of a center frequency FO, a distribution width ΔFO, and the center frequency fs within the range of the distribution width ΔFO to a temperature of several Kelvin Steps,
A magnetic field is applied to the cooled glass medium, and the Zeeman splitting in which the average value is fz and the distribution width is Δfz larger than Δfs is applied to the energy level of each of the plurality of rare earth ions in the 4f electron system. Applying a magnetic field,
A first control step of inputting a first control light having an optical frequency fp to the glass medium from time T0 to T1, wherein the optical frequency fp is fs + fz;
In the second control step, the second control light having the optical frequency fh is input to the glass medium from the time T1 to T2, and the optical frequency fh is fs−Δfs / 2 between the times T1 and T2. And a second control step swept over a range from fs + Δfs / 2,
An electromagnetic wave induced transmission expression step of inputting the first control light and the short pulse signal light to the glass medium from time T2 to T3 and satisfying an EIT condition in the entire range of the optical frequency spectrum of the short pulse signal light; An electromagnetic wave induced transmission method comprising:
複数個の希土類イオンがドープされ、光学遷移周波数が中心周波数FO、分布幅ΔFOであって、前記搬送波成分fsが前記分布幅ΔFOの範囲内であるガラス媒体を、数ケルビンの温度まで冷却する冷却ステップと、
冷却された前記ガラス媒体に磁場を印加して、前記複数個の希土類イオンのそれぞれの4f電子系のエネルギー準位に、平均値fzおよび分布幅ΔfzがΔfmより小さいゼーマン分裂を生じさせる磁場印加ステップと、
搬送波成分fpを中心として両側に変調周波数成分がΔfmの間隔で並ぶ、繰り返し周期を有する第1の制御光を、前記ガラス媒体に時間T0からT1まで入力する第1の制御ステップであって、前記搬送波成分fpはfs+fzである第1の制御ステップと、
搬送波成分fsを中心として両側に変調周波数成分がΔfmの間隔で並ぶ、繰り返し周期を有する第2の制御光を、前記ガラス媒体に時間T1からT2まで入力する第2の制御ステップと、
前記第1の制御光および前記短パルス信号光を前記ガラス媒体に時間T2からT3まで入力して、前記短パルス信号光の光周波数スペクトルの全範囲においてEIT条件を充足させる電磁波誘起透過発現ステップと
を含むことを特徴とする電磁波誘起透過方法。 An electromagnetic wave induced transmission method of a short pulse signal light having a repetition period in which modulation frequency components are arranged on both sides around a carrier wave component fs at intervals of Δfm,
Cooling for cooling a glass medium doped with a plurality of rare earth ions, having an optical transition frequency of a center frequency FO, a distribution width ΔFO, and a carrier component fs within the distribution width ΔFO to a temperature of several Kelvin Steps,
A magnetic field applying step of applying a magnetic field to the cooled glass medium to cause Zeeman splitting in the energy level of each 4f electron system of the plurality of rare earth ions with an average value fz and a distribution width Δfz smaller than Δfm. When,
A first control step of inputting, to the glass medium from time T0 to time T1, first control light having a repetition period in which modulation frequency components are arranged on both sides with a carrier wave component fp at the center at intervals of Δfm, A first control step in which the carrier wave component fp is fs + fz;
A second control step of inputting a second control light having a repetition period in which modulation frequency components are arranged on both sides around the carrier wave component fs into the glass medium from time T1 to time T2,
An electromagnetic wave induced transmission expression step of inputting the first control light and the short pulse signal light to the glass medium from time T2 to T3 and satisfying an EIT condition in the entire range of the optical frequency spectrum of the short pulse signal light; An electromagnetic wave induced transmission method comprising:
複数個の希土類イオンがドープされ、光学遷移周波数が中心周波数FO、分布幅ΔFOであるガラス媒体であって、中心周波数fsが前記分布幅ΔFOの範囲内であるガラス媒体と、
前記ガラス媒体を数ケルビンの温度まで冷却する冷却装置と、
前記ガラス媒体に磁場を印加して、前記複数個の希土類イオンのそれぞれの4f電子系のエネルギー準位に、平均値がfzであり、分布幅がΔfsより大きいΔfzであるゼーマン分裂を生じさせる磁場印加装置と、
光周波数fpの第1の制御光を前記ガラス媒体に入力する第1の光源であって、前記光周波数fpはfs+fzである第1の光源と、
光周波数fhの第2の制御光を前記ガラス媒体に入力する第2の光源と、
前記短パルス信号光を前記ガラス媒体に入力する入力ポートと、
前記ガラス媒体を伝搬した前記短パルス信号光を出力する出力ポートと、
前記第1の光源を時間T0からT1までオンにする第1の制御手段と、
前記第2の光源を時間T1からT2までオンにする第2の制御手段であって、前記光周波数fhを、時間T1からT2までの間に、fs−Δfs/2からfs+Δfs/2までの範囲にわたり掃引する第2の制御手段と、
前記短パルス信号光の入力に同期して、前記第1の光源を時間T2からT3までオンにし、前記短パルス信号光の光周波数スペクトル全範囲においてEIT条件を充足させる電磁波誘起透過発現手段と
を備えることを特徴とする電磁波誘起透過装置。 An electromagnetic wave induced transmission device for short pulse signal light having a center frequency fs and an optical frequency spread Δfs,
A glass medium doped with a plurality of rare earth ions and having an optical transition frequency of a center frequency FO and a distribution width ΔFO, and a center frequency fs within the range of the distribution width ΔFO;
A cooling device for cooling the glass medium to a temperature of several Kelvin;
Applying a magnetic field to the glass medium, a magnetic field that causes Zeeman splitting at an energy level of the 4f electron system of each of the plurality of rare earth ions having an average value of fz and a distribution width of Δfz greater than Δfs. An application device;
A first light source that inputs first control light having an optical frequency fp to the glass medium, wherein the optical frequency fp is fs + fz;
A second light source for inputting second control light having an optical frequency fh to the glass medium;
An input port for inputting the short pulse signal light to the glass medium;
An output port for outputting the short pulse signal light propagated through the glass medium;
First control means for turning on the first light source from time T0 to T1,
The second control means for turning on the second light source from time T1 to T2, wherein the optical frequency fh ranges from fs−Δfs / 2 to fs + Δfs / 2 between times T1 and T2. A second control means for sweeping over,
Synchronously with the input of the short pulse signal light, the first light source is turned on from time T2 to T3, and electromagnetic wave induced transmission expression means for satisfying EIT conditions in the entire optical frequency spectrum of the short pulse signal light is provided. An electromagnetic wave induced transmission device comprising:
複数個の希土類イオンがドープされ、光学遷移周波数が中心周波数FO、分布幅ΔFOであるガラス媒体であって、搬送波成分fsが前記分布幅ΔFOの範囲内であるガラス媒体と、
前記ガラス媒体を数ケルビンの温度まで冷却する冷却装置と、
前記ガラス媒体に磁場を印加して、前記複数個の希土類イオンのそれぞれの4f電子系のエネルギー準位に、平均値fzおよび分布幅ΔfzがΔfmより小さいゼーマン分裂を生じさせる磁場印加装置と、
搬送波成分fpを中心として両側に変調周波数成分がΔfmの間隔で並ぶ、繰り返し周期を有する第1の光源であって、前記光周波数fpはfs+fzである第1の光源と、
搬送波成分fsを中心として両側に変調周波数成分がΔfmの間隔で並ぶ、繰り返し周期を有する第2の制御光を前記ガラス媒体に入力する第2の光源と、
前記短パルス信号光を前記ガラス媒体に入力する入力ポートと、
前記ガラス媒体を伝搬した前記短パルス信号光を出力する出力ポートと、
前記第1の光源を時間T0からT1までオンにする第1の制御手段と、
前記第2の光源を時間T1からT2までオンにする第2の制御手段と、
前記短パルス信号光の入力に同期して、前記第1の光源を時間T2からT3までオンにし、前記短パルス信号光の光周波数スペクトル全範囲においてEIT条件を充足させる電磁波誘起透過発現手段と
を備えることを特徴とする電磁波誘起透過装置。 An electromagnetic wave induced transmission device for short pulse signal light having a repetition period in which modulation frequency components are arranged on both sides around a carrier wave component fs at intervals of Δfm,
A glass medium doped with a plurality of rare earth ions, having an optical transition frequency of a center frequency FO, a distribution width ΔFO, and a carrier wave component fs within the range of the distribution width ΔFO;
A cooling device for cooling the glass medium to a temperature of several Kelvin;
A magnetic field applying device that applies a magnetic field to the glass medium and causes Zeeman splitting in the energy level of each 4f electron system of the plurality of rare earth ions to have an average value fz and a distribution width Δfz smaller than Δfm;
A first light source having a repetition period in which modulation frequency components are arranged on both sides with a carrier wave component fp as a center, and the optical frequency fp is fs + fz;
A second light source for inputting a second control light having a repetition period to the glass medium, in which modulation frequency components are arranged at intervals of Δfm on both sides around the carrier wave component fs;
An input port for inputting the short pulse signal light to the glass medium;
An output port for outputting the short pulse signal light propagated through the glass medium;
First control means for turning on the first light source from time T0 to T1,
Second control means for turning on the second light source from time T1 to time T2,
Synchronously with the input of the short pulse signal light, the first light source is turned on from time T2 to T3, and electromagnetic wave induced transmission expression means for satisfying EIT conditions in the entire optical frequency spectrum of the short pulse signal light is provided. An electromagnetic wave induced transmission device comprising:
Priority Applications (1)
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JP2007199739A JP2009036902A (en) | 2007-07-31 | 2007-07-31 | Method and device for electromagnetically induced transparency |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011108678A (en) * | 2009-11-12 | 2011-06-02 | Seiko Epson Corp | Atomic oscillator |
-
2007
- 2007-07-31 JP JP2007199739A patent/JP2009036902A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011108678A (en) * | 2009-11-12 | 2011-06-02 | Seiko Epson Corp | Atomic oscillator |
US8760232B2 (en) | 2009-11-12 | 2014-06-24 | Seiko Epson Corporation | Atomic oscillator |
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