[发明专利]自旋布居数锁定的光子存储方法

权利要求书

1.一种自旋布居数锁定的光子存储方法，包括：

从掺有Eu³⁺离子的存储介质中选择出具有目标能级结构的离子系综，并将离子系综内离子的吸收线制备为透明背景下的孤立吸收峰；

基于Laguerre-Gaussian模式光场的空间吸收结构制备，以在所述离子系综上制备出空间上中心吸收而外围透明的吸收结构；

基于两个π/2脉冲的光子回波存储，在基态g能级与激发态e能级跃迁上，实现对入射信号光子的存储；

基于两个π脉冲的自旋布居数锁定，把信号光子存储为基态g能级-基态s能级跃迁上的布居数结构，延长存储寿命至自旋布居数寿命的量级；

以及对光子回波信号的读取，用于在入射信号的原方向上读取出信号。

2.根据权利要求1所述的自旋布居数锁定的光子存储方法，所述掺有Eu³⁺离子的存储介质为掺有同位素提纯的¹⁵¹Eu³⁺或¹⁵³Eu³⁺的透明单晶。

3.根据权利要求1所述的自旋布居数锁定的光子存储方法，所述从掺有Eu³⁺离子的存储介质中选择出具有目标能级结构的离子系综，包括：

施加至少三束与样品光学跃迁共振的扫描激光，从掺有Eu³⁺离子的存储介质非均匀展宽的吸收线中选择出一个能级结构一致的离子系综；

撤除其中一束扫描激光，将离子系综的自旋状态极化为同一初态的aux能级；

施加与aux能级至激发态跃迁的扫描激光，同时施加与s能级至激发态跃迁的扫描激光，形成在透明带内的一个孤立的吸收线，吸收线内离子布居数处于g能级上。

4.根据权利要求1所述的自旋布居数锁定的光子存储方法，所述基于Laguerre-Gaussian模式泵浦光场的空间吸收结构制备包括：

对存储晶体施加Laguerre-Gaussian模式泵浦光场，其光场中心为100um左右直径的黑洞，能量集中在外圈；

其中一束扫描激光与基态g能级与激发态e能级跃，扫描带宽10MHz量级，用于消除g-e跃迁的吸收；

另一束扫描激光与基态s能级与激发态e能级跃，扫描带宽10MHz量级，用于消除s-e跃迁的吸收。

5.根据权利要求1所述的自旋布居数锁定的光子存储方法，所述基于两个π/2脉冲的光子回波存储，包括：

与g-e跃迁共振的信号光子脉冲；

与g-e跃迁共振的第一π/2脉冲；

与g-e跃迁共振的第二π/2脉冲。

6.根据权利要求1所述的自旋布居数锁定的光子存储方法，基于两个π脉冲的自旋布居数锁定，包括：

与s-e跃迁共振的第一π脉冲；

与s-e跃迁共振的第二π脉冲。

7.根据权利要求1所述的自旋布居数锁定的光子存储方法，对光子回波信号的读取包括：

与g-e跃迁共振的第一π脉冲。

8.根据权利要求5，6或7所述的自旋布居数锁定的光子存储方法，所述π/2脉冲以及π脉冲满足绝热快速通道条件，提高脉冲的鲁棒性。

9.根据权利要求5或6所述的自旋布居数锁定的光子存储方法，所述与g-s跃迁共振的第一π脉冲以及与g-e跃迁共振的第二π脉冲插入在与g-e跃迁共振的第一π/2脉冲以及与g-e跃迁共振的第二π/2脉冲之间。

10.根据权利要求3，4，5，6或7所述的自旋布居数锁定的光子存储方法，存储方法各步骤中的π/2脉冲以及π脉冲均与信号光子脉冲的传播方向不共线。