光子回波

光子回波（photon echo）是在若干與介質某一躍遷共振的強光脈衝 作用下，介質的瞬態回響引起的一種瞬態相干光學效應。是根據核磁共振 中自旋迴波現象預言並經過實驗驗證的光學現象。

基本介紹

• 中文名：光子回波
• 外文名：photon echo
• 特徵：一種瞬態相干光學效應

概念說明

先後向介質入射兩個具有一定強度並與介質特定能級共振的電磁波脈衝，脈衝2寬度是脈衝1寬度的1倍，經過一段時間後介質發射出一個同頻率電磁波脈衝，這個脈衝與脈衝2的時間延遲剛好是兩個入射脈衝間的時間間隔，這就是自旋迴波或光子回波。研究發現，光子回波的產生有兩個條件。其一是介質的躍遷必須是非均勻加寬的，即介質中不同的粒子的躍遷頻率應稍有不同。通常介質除受到光脈衝的相干作用外，還受到自發輻射等其他的非相干激發，出現弛豫過程。將粒子分布趨向於到達熱平衡值的過程稱為縱向弛豫（特徵時間T₁）；而破壞態間相干性使其趨向於零值的過程稱為橫向弛豫（特徵時間T₂）。理論和實驗證實，只有所有入射光脈衝寬度小於T₁和T₂，而它們的時間間隔比T₂長不了很多時才有可能出現自旋迴波，這就是光子回波產生的另一個條件。

光子回波的觀察

雷射出現為觀察光子回波創造了條件。1964年用紅寶石雷射在紅寶石晶體中觀察到光子回波。以後還在一系列離子晶體、金屬蒸氣和分子氣體中觀測到光子回波。此外，還陸續觀測到其他形式的光子回波。如入射兩個以上光脈衝，經過適當安排，也觀測到了光子回波。核磁共振研究中，已經用巨觀磁矩在射頻磁場作用下的運動圖像很好地描述了自旋迴波現象。

理論解釋和套用

在光學波段，一個與光場共振的二能級系統可等價於一個自旋為1/2的系統。可以採用類似巨觀磁矩運動的圖像來描述光子回波現象。以後又發現這種現象也可用四波混頻的理論來描述，將其視為瞬態四波混頻。光子回波現象已經作為相干瞬態光譜的一種非常重要的實驗方法，用於介質的弛豫時間等的測量。經過適當安排，作為一種四波混頻過程可以用來產生相位共軛波，在相位共軛光學中得到套用。此外，光子回波發生的過程里相位記憶等起了重要作用，光子回波現象還有可能用於信息存儲。