[發明專利]一種產生弱光低速穩定光孤子的方法

有效

• 申請號: 202011411546.8
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112532320B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 徐四六;王可畏;薛麗
• 申請（專利權）人: 湖北科技學院
• 主分類號: H04B10/508
• 分類號: H04B10/508
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 肖明洲

本發明公開了一種產生弱光低速穩定光孤子的方法，通過非相干泵浦光Γ₂₁作用于壽命加寬的四能級倒Y型里德堡冷原子系統，利用控制光誘導的原子量子態之間的干涉來消除共振介質對光強較弱的入射光的吸收，獲得較大的非線性效應，得到穩定PT對稱光孤子。本發明簡單易懂、實現方便，實用性強，可根據實際情況進行相關參數的調整，為光孤子在光通信技術領域的深入應用和發展提供了有力支持。

技術領域

本發明屬于光通信技術領域，涉及一種產生弱光低速穩定光孤子的方法，特別是涉及一種利用里德堡冷原子EIT產生弱光低速穩定PT對稱光孤子的方法。

背景技術

光孤子/光子彈(light bullets,LBs)是一種特殊形式的超短光脈沖，是由光介質中的群速度色散以及自相位調制的共同作用形成的。光孤子由于在空間、時間上不擴散，在傳播過程中可以保持時域波形和光譜形狀不變，具有傳輸容量大、誤碼率低、抗干擾能力強等優點，在光孤子通信技術領域具有廣泛的應用前景。由于光孤子具有的物理特性及其技術應用，近年來許多研究人員對光孤子進行了理論和實驗研究。

隨著全光通信和全光計算的發展，基于光芯片的信息傳遞和信號處理對穩定光孤子的需求與日俱增，穩定的光孤子不但能夠直接用作二進信息的載體，而且由于其在空間不擴散的性質，滿足全光系統中信號處理的要求。然而，光孤子通常具有不穩定性，只能在很短的衍射長度上傳播。獲得穩定光孤子的經典方法是采用具有可調色散、衍射性質的非線性材料，通過光和材料的非線性作用，利用非線性自聚焦補償空間衍射效應，產生非線性自位相調節補償色散，獲得光波在空間、時間上的局域從而實現光孤子。

盡管利用非線性材料能夠實現光孤子，然而非線性材料得到的光孤子卻是能量依賴的，而且存在一個能量閾值，低于該閾值，孤子的傳播將是發散的。此外，非線性機制強烈依賴于非線性材料，而實際能夠運用的非線性材料并不多，這一依賴性也極大限制了穩定光孤子的產生。因此，有必要探索一種新的產生穩定光孤子的方法。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種產生弱光低速穩定光孤子的方法。

本發明所采用的技術方案是：一種產生弱光低速穩定光孤子的方法，通過光學探測場增益的非相干泵浦光Γ₂₁作用于壽命加寬的倒Y型四能級里德堡冷原子系統，利用較大光強的控制光誘導的原子量子態之間的干涉來消除共振介質對光強較弱的入射光的吸收，獲得較大的非線性效應，得到宇稱-時間(parity-time,PT)對稱性的穩定光孤子，所述方法得到的光孤子還具有非局域弱光(納瓦量級)低速(群速度為幾百米/秒)特性。

所述壽命加寬的四能級倒Y型里德堡冷原子系統，原子的能級分別為|1＝|5S_1/2,F＝1，|2＝|5S_1/2,F＝2，|3＝|5P_3/2,F＝3，和|4＝|60S_1/2，其中，5和60表示主量子數，S_1/2表示自旋量子數為1/2的S軌道，F表示總角動量、P_3/2表示自旋量子數為3/2的P軌道。一束拉比頻率為A S^-1的弱探測光場Ω_p和一束拉比頻率為B S^-1的強控制光場Ω_c分別耦合|1→|3和|2→|3，一束拉比頻率為C S^-1的輔助光場Ω_a耦合|3→|4，它們的場分布函數關系E_p≤E_a＜＜E_c；其中，A、B、C為預設值。

具體實現包括以下子步驟：

步驟1：將里德堡原子氣體囚禁在一個磁光阱里，原子氣體的環境溫度在納開爾文量級，原子的質心運動和熱運動帶來的多普勒效應可忽略不計；

步驟2：將拉比頻率率為B S^-1的空間調制的控制光場按預設方向入射到上述氣體中，頻率耦合能級|3→|4的躍遷；