Download (8Mb) - tuprints

Kapitel 2. Kohärente Wechselwirkung von Licht und Materie
linear, d.h. es gibt keine Gruppengeschwindigkeitsdispersion (d 2 n/dω 2 = 0). Dies
ist eine entscheidende Voraussetzung zur formstabilen Propagation des Nachweispulses
durch das Medium [10].
Die bisherige Diskussion galt für kontinuierliche Lichtfelder. Der Übergang
zu Lichtpulsen ist gerechtfertigt, wenn die charakteristische Zeit T währenddessen
sich Nachweis- und Kontrollfeld ändern, länger als die optischen Zerfallsdauern
(∼ Γ i j −1 ) ist. Somit muss gelten:
Γ 21 T ≫ 1, Γ 23 T ≫ 1 (2.26)
Aufgrund der sich dann langsam ändernden Rabi-Frequenzen wird obige Forderung
auch als adiabatisches Limit bezeichnet. In diesem Fall kann weiterhin
der stationäre Ansatz ∂ ˆρ = 0 zur Lösung der Liouville-von-Neumann-Gleichung
∂ t
(2.16) verwendet werden. Für den Fall einer zeitlich konstanten Rabi-Frequenz
Ω K kann (2.25) auch geschrieben werden als [88]:
c
v gr =
mit n g r = α 0 c γ 12
(2.27)
1 + n g r Ω 2 K
Anhand obiger Gleichung sowie aus Abbildung 2.2 erkennt man, dass die Gruppengeschwindigkeit
des Nachweispulses durch das Kontrollfeld variiert werden
kann. Dies ermöglicht die dauerhafte Speicherung des Nachweispulses im Medium.
Hierzu wird während der abfallenden Flanke des Nachweispulses die Intensität
des Kontrollfeldes (im Folgenden Schreibpuls genannt) adiabatisch verringert
(Ω K → 0). Die Dispersion strebt in diesem Fall gegen Unendlich, so dass
der Nachweispuls räumlich komprimiert und schließlich zum Stillstand gebracht
wird [15, 89]. Hierbei muss allerdings bedacht werden, dass im Gegensatz zu
stationärem Licht [90] der Nachweispuls nicht weiterhin als elektromagnetisches
Feld vorliegt. Stattdessen wird während des Speicherprozesses eine kohärente Superposition
beider Grundzustände |1〉 und |3〉 aufgebaut, welche die gesamte Information
des Nachweispulses enthält. Die Kohärenz ρ 13 verharrt als atomare Eigenschaft
in einem Festkörper ortsfest und erlaubt unter bestimmten Bedingungen
die langlebige Speicherung des Nachweispulses.
Schreibpuls
Lesepuls
Amplitude
Nachweispuls
Kohärenz
Signalpuls
Speicherzeit t
Zeit
Abbildung 2.3: Schematische Darstellung einer Lichtspeichersequenz.
Die gespeicherte Information kann nach einer Speicherzeit ∆t durch einen weiteren
Kontrollpuls (im Folgenden Lesepuls genannt) wieder ausgelesen werden.
Dieser besitzt die Eigenschaften des Schreibpulses, um eine korrekte Rücktransformation
der Grundzustandskohärenz in den Signalpuls zu gewährleisten. Im idealen
Fall stimmen insbesondere Frequenz, Phase, Polarisation, Ausbreitungsrichtung
und Pulsform von Nachweis- und Signalpuls überein. Die Lichtspeicherung
22