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World File Search System掺杂晶体
![arxiv：2411.14440v1 [physics.optics] 2024年11月5日](/simg/0\070ed0415c1bf29391f1b39877ecc1b44cd49649.webp)
arxiv：2411.14440v1 [physics.optics] 2024年11月5日
在稀土掺杂晶体中产生一个狭窄的光谱孔的可能性打开了通往多种应用的门户，其中一种是实现超强激光器的实现。这是通过将预先稳定的激光锁定到狭窄孔中来实现的，因此先决条件是消除光谱孔的频率波动。这种波动的一个潜在来源可能是由温度不稳定性引起的。但是，当晶体被以与晶体相同温度的缓冲气体包围时，可以使用温度引起的压力变化的影响来抵消温度波动的直接效应。对于特定压力，确实可以识别光谱孔谐振频率与一阶热波动无关的温度。在这里，我们在周围缓冲气体的压力的不同值的情况下测量频率转移是温度的函数，并确定光谱孔在很大程度上对温度不敏感的“魔术”环境。
不同固体之间的纠缠和非局域性......
通过光子交换使具有不同特性的量子系统纠缠是构建未来量子网络的先决条件。证明在不同波长下工作的光的量子存储器之间存在纠缠进一步推动了这一目标的实现。在这里，我们报告了一系列实验，其中铥掺杂晶体用作 794 nm 光子的量子存储器，铒掺杂光纤用作 1535 nm 电信波长光子的量子存储器，以及通过自发参量下转换产生的光子对源。通过对从两个存储器重新发射后的光子进行表征，我们发现非经典相关性，其互相关系数为 g (2) 12 = 53 ± 8；纠缠保持存储的输入输出保真度为 F IO ≈ 93 ± 2%；和非局域性，违反了 Clauser-Horne-Shimony-Holt Bell 不等式，其中 S = 2 . 6 ± 0 . 2。我们的原理验证实验表明，纠缠在通过以不同波长工作的不同固态量子存储器传播时仍然存在。
BUSINGER, Moritz 等人。固态杂化电子-核自旋中的光学自旋波存储
目前，人们正在研究具有光控的固态杂质自旋，以用于量子网络和中继器。其中，稀土离子掺杂晶体有望成为光的量子存储器，具有潜在的长存储时间、高多模容量和高带宽。然而，对于自旋，通常需要在带宽（有利于电子自旋）和存储时间（有利于核自旋）之间进行权衡。这里，我们展示了使用 171 Yb 3 + ∶ Y 2 SiO 5 中高度杂化的电子-核超精细态进行的光存储实验，其中杂化可以同时提供长存储时间和高带宽。我们达到了 1.2 毫秒的存储时间和 10 MHz 的光存储带宽，目前仅受光控制脉冲的 Rabi 频率限制。在此原理验证演示中的存储效率约为 3%。该实验是首次使用具有电子自旋的任何稀土离子的自旋态进行光存储。这些结果为具有高带宽、长存储时间和高多模容量的稀土基量子存储器铺平了道路，这是量子中继器的关键资源。
639 nm 瓦级声光 Q 开关 Pr:YLF 激光器
高能脉冲可见光激光器在各种应用中都有很高的需求，包括但不限于光学显微镜 [ 1 ]、激光显示器 [ 2 – 4 ]、医疗应用 [ 5 ] 和激光通信 [ 6 ]。此外，高功率、高光束质量的红光激光器可以作为掺杂 Cr 3 和 Ho 3 离子的透明材料的泵浦源，例如 Cr:LiSAF（Cr 3 :LiSrAlF 6 ）[ 7 ] 和 Ho:ZFG（Ho 3 掺杂的氟化锆玻璃）[ 8 ]。早期研究中，产生红光常用的技术是利用非线性光学晶体如KTP（KTiOPO 4 ）、LBO（LiB 3 O 5 ）等，通过Nd 3 掺杂激光晶体产生1.3 μm基频激光[9，10]。该方法已被许多研究者报道，利用Q开关操作调节脉冲宽度，输出功率大多在数百毫瓦范围内。到目前为止，已报道了一些稀土离子掺杂晶体，如Pr 3 、Dy 3 和Sm 3 离子，在红色光谱区产生有效发射[11]。近年来，通过蓝色激光源泵浦Pr 3 掺杂激光材料直接产生红光技术发展迅速，具有结构紧凑、转换效率高、稳定性好等优点。 Pr3掺杂材料由于其大的发射截面和四能级激光系统可见光跃迁，已被证明是直接产生可见激光辐射最有效的解决方案之一[12]。
![arXiv:2109.13872v1 [physics.optics] 2021 年 9 月 28 日](/simg/5\5e6fb5e3bf3148525e521e311c95290e873e30fd.webp)
arXiv:2109.13872v1 [physics.optics] 2021 年 9 月 28 日
20 世纪 20 年代末，CV Raman 发现当某种材料暴露在光线下时，其分子会非弹性散射一小部分入射光子。这种非弹性散射会产生较低能量（斯托克斯）和较高能量（反斯托克斯）光子 [1]。此后不久，Pringsheim 推测反斯托克斯荧光可用于降低材料的温度 [2]。直到 20 世纪末，Epstein 等人才在掺镱氟化物玻璃中通过实验实现了固体光学冷却 [3]。自这一里程碑式的成就以来，经过系统研究，人们在几类稀土掺杂晶体和玻璃中观察到激光冷却 [4–7]。迄今为止，固态光学制冷达到的最低温度是晶体 Yb:YLiF 4，低至 91 K [8]。在激光冷却研究活动的前 24 年中，对光学冷却玻璃的观察仅限于非硅酸盐 [5]。随着 Yb 掺杂石英光纤和光纤预制棒冷却的成功，这一模式最近发生了转变 [9–19]。高聚合度和强 Si-O 键使玻璃石英在机械和化学耐久性方面优于氟化物系统（例如 ZLBAN 系列）。这些特性使硅酸盐成为光纤激光器应用的更理想材料。在高功率光纤激光器中，需要进行热缓解以保持材料和光束轮廓的完整性 [20–26]。反斯托克斯荧光已被建议作为一种可行的激光器热缓解方法 [27–29]。这种辐射平衡光纤激光器 (RBL) 不会升温，因为它可以有效地散发出运行过程中产生的废热。尽管今年已有基于硅的辐射平衡设备在开创性工作中被报道 [30, 31]，但这些
![arXiv:2005.09275v1 [quant-ph] 2020 年 5 月 19 日](/simg/0\07b08e3bb3d4d51305b0744e482e6a4c7d2fe367.webp)
arXiv:2005.09275v1 [quant-ph] 2020 年 5 月 19 日
长寿命多模式量子比特寄存器是模块化量子计算架构的一项使能技术。为了与超导量子比特接口，这样的量子存储器应该能够长时间存储单光子级的传入量子微波场，并按需检索它们。在这里，我们使用类似 Hahn 回声的协议，展示了硅中铋供体自旋集合中一串弱微波场的部分吸收、100 毫秒的存储和检索。通过在时钟跃迁时对铋供体施加偏置，可以获得长存储时间。在存储器中，相位相干性和量子统计得以保留。量子存储器作为一种基于物质的巡回量子比特信息存储介质，已被公认为量子技术中的一个重要组成部分，为量子中继器等应用奠定了基础 [ 1 ]。与传统计算中的存储器类似，量子存储器提供的存储时间与处理量子位的数据寿命相比更长，而且密度更高，例如当使用多模存储器来存储大量状态时。这些属性通常对量子计算架构有益，支持高度模块化的方法。受这种可能性的启发，人们开发了光领域的量子存储器，特别是使用稀土离子掺杂晶体，达到了高效率[2]，存储时间在毫秒范围内[3]。适合与超导量子处理器接口的量子存储器必须在微波范围内工作，这需要在稀释制冷机中在毫开尔文温度下工作。具有长存储时间的微波多模量子存储器将成为基于超导量子位的量子计算架构中一个强大且用途广泛的新组件。例如，它可以用于实现运行具有高度内部连接性和内置长期存储器的量子图灵机架构的子处理器[见图 1 （ A ） ] [ 4 ]，有助于克服当今超导量子比特处理器的一些局限性 [ 5 – 7 ]。
光学低温冷却器设计及太空应用演示
固体光学制冷或固体激光冷却是一项突破性技术，通过用合适波长的红外激光照射稀土离子掺杂晶体，可达到低温（低于 120 K -150 K）。在基态和激发离子态之间的间隙波长附近激发这种晶体，可以主要刺激反斯托克斯发射过程，即晶体重新发射比其吸收更多的光，从而冷却下来。基于这一革命性原理的低温冷却器有可能简化或实现许多仪器应用，而传统机械低温冷却器（例如：斯特林/脉冲管、焦耳-汤姆逊、涡轮-布雷顿）的振动和笨重是这些应用的障碍。历史上主要的目标应用是冷却地球观测卫星上的探测器，特别是最敏感的仪器，因为振动会对性能产生不利影响，或者冷却微型卫星或纳米卫星等小型卫星，因为这些卫星的有效载荷有限，相关限制也很强。这篇论文是法国液化空气先进技术公司 (Sassenage) 与法国国家科研中心 (格勒诺布尔) 尼尔研究所之间的合作项目。我的论文的第一个目标是首次在欧洲展示用于太空应用的激光低温冷却器原型的运行。三年内，我们成功设计、开发和运行了能够达到低温的激光冷却器实验室原型，从而使这项技术达到了 TRL 3 成熟度。比萨大学为我们的实验借出的掺杂 7.5% 镱的 YLiF 4 冷却晶体能够在约 30 分钟内冷却至接近 130 K (-153 °C) 的温度，吸收 10 W 激光功率。在我们的系统中，激光通过光纤供给冷却晶体，以便考虑到卫星应用中的一些限制，这在世界范围内尚属首创。我的论文的第二个目标是研究激光低温冷却器对未来地球观测卫星的可行性和适用性。基于小型低地球轨道红外观测卫星的电源架构，我们在整个卫星的尺寸、重量和功率方面比较了激光低温冷却器解决方案与基于脉冲管的解决方案的平衡。我们表明，激光低温冷却器是一个紧凑型系统，除了其他优点之外，还可以节省有效载荷部分的内部体积和质量。由于该技术具有光学和非接触特性，激光低温冷却器体积小、无振动，热损失小。因此，这项工作为未来太空应用开辟了新的光学低温冷却器系列。