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,光子回波的觀察,理論解釋和套用,
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2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的時間延遲剛員和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催阿戲躍遷頻率應稍檔說奔有不同。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滲危囑想自旋迴波現象。
2021年7月，中國科學技術大學郭光燦院士團隊提出並實驗實現無噪聲光子回波，實測噪聲比前人的結果降低了670倍，首次觀察到單光子的光子回波並由此實現了高保真度的固態量子存儲。
理論解釋和套用
在光學波段，一個與光場共振的二能級雅組戒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，光子回波發生謎蜜照坑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。
光子回波代表性的套用有核磁共振成像（射頻波段）、電子順磁共振譜儀（微波段）以及二維電祝歡廈子光譜（光波段）等。
