由于光在一般介质中具有双向传输的互易性,即向左传播和向右传播是可逆的,因而对光的放大一般也具有互易性。但在光通讯、光信息处理等过程中,往往需要光的单向放大来实现噪声的抑制。据公开报道,目前仅有两个研究团队在光波波段实验实现了光场的单向放大,采用的都是腔光力系统,方案依赖于高品质光学腔的制备和调控。
我校该团队通过巧妙设计,将原子热运动导致的多普勒效应和拉曼增益结合,提出了可在自由空间实现光波波段单向放大的原创性方案,并通过实验进行了验证。当信号光和控制光同向传输时(前向),其感受到的多普勒效应和控制光场相同,此时信号光可以无吸收通过。在泵浦光场的作用下,增益通道打开,信号光被急剧放大。反之,信号光被强烈吸收。该团队在铷原子气体中完成了相关实验,获得了26dB的前向放大和30dB的反向隔离,该指标为目前报道的最高实验指标。这一原创性方案具有可常温下工作、装置简单、易于调控、小型化可集成等优势。
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图1:理论模拟的前向(a)和后向(b)放大系数
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图2: 实验测得的前向(上)和后向(下)透过率
该团队的林功伟副教授、张示城特聘副研究员为论文共同一作,论文通讯作者为钮月萍教授和龚尚庆教授,共同通讯作者还包括新加坡国立大学的龚江滨教授。该项研究得到了国家自然科学基金委、上海市科委、我校一流学科建设经费的资助。
原文链接:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.033902
发布日期:2019年07月25日14时38分