量子波包干涉仪的实验技术研究

第28卷　第2期　

2001年2月

中　国　激　光

CHINESEJOURNALOFLASERS

Vol.A28,No.2

February,2001

　　文章编号:025827025(2001)0220141205

量子波包干涉仪的实验技术研究3

陈　磊　罗　莉　戴德昌　罗　琦　丘志仁　周建英

(中山大学超快速激光光谱学国家重点实验室　广州510275)

3+

提要　利用双通道飞秒相关测量技术研究了稀土材料中的量子波包干涉现象Y2O3∶Eu中

Eu

3+

离子常温下的退相时间大于3ps,并观测到Eu3+(FID)。分析和

讨论了实验中的系统误差来源及其消除方法,。关键词　飞秒,波包干涉仪,稀土,退相,自由感应衰减中图分类号:TH74413;O43611　　　forQuantumWavepacketInterferometer

CHENUOLi　DAIDe2chang　LUOQi　QIUZhi2ren　ZHOUJian2ying

(StateKeyLaboratoryofUltrafastLaserSpectroscopy,ZhongshanUniversity,Guangzhou510275)

Abstract　Thequantumwavepacketinterferenceinrareearthionsisobservedwithdual2channelcorrelationspectroscopictechniqueusingafemtosecondlaser.ThemeasureddephasingtimeofEuEu

3+

3+

ionsinY2O3∶Eu

3+

atroomtemperatureis

longerthan3picoseconds,andthequantumwavepacketinterferenceisrecordedinthefree2inductiondecayprocessof

ions.Somesystematicerrorsintheexperimentsarediscussedandthesolutionsaresuggested.Experimentalskillsarereported.

Keywords　femtosecond,wavepacketinterferometer,rareearth,dephasing,free2inductiondecay

1　引　言

　　近年来,飞秒光谱技术的发展为研究瞬态量子

[1,2]

波包干涉现象提供了强有力的研究手段。飞秒激光由于脉宽较窄,频谱较宽,使得它可以同时激发原子、分子以及固体样品中的多个量子态,相干激发的各量子态间相互叠加形成波包(Wavepacket)。波包的时间演化过程包含了丰富的信息:如电子波包

[2]

反映了电子叠加态的演化与退相过程,由此可以推断出其中电子2声子耦合与碰撞过程;振动态波包

[3]

反映原子核的相干振动特性等等。了解波包动力学过程对加深认识超短脉冲激光与物质的相互作用有重要意义。

在实验技术上,监测这种量子波包的时间演化过程通常使用基于飞秒“脉冲对”技术的“量子波包干涉仪”。在飞秒激光脉冲的驱动下,所有原子的初

　　3国家自然科学基金(编号:19974078)、攀登计划预研项目“强场物理与超快过程”、国家教委博士点基金及广东省自然科学基金资助项目。

　　收稿日期:1999207219;收到修改稿日期:1999211201

始运动同步,脉冲对中不同脉冲产生的波包相互干

涉,从而影响上能级的粒子数布居。样品的荧光和光电流的变化反映了这些能级布居数的变化,通过探测荧光或光电流的信号随脉冲对延时的变化就可以记录整个波包动力学过程。这种实验技术要求高精度的干涉仪和实验条件,必须能精确锁定两脉冲之间的相位差,同时避免某些随机因素对记录相位差的影响。

使用本实验室建立的量子波包干涉仪装置,用监测光电流的方法对半导体材料GaAs中的波包动力学过程进行了深入研究

[3,4]

。在此基础上,利用

监测荧光的方法对掺杂到不导电的固体材料中的稀

[5]

土离子的波包动力学进行了广泛的研究。这一技术发展使得可研究的物质体系大为增加,由单纯的半导体类推广到有荧光产生的体系,使得研究发强荧光的稀土离子体系的波包动力学过程成为可能。文献[5]简要报道了这一技术的原理和应用。本文

3+

以稀土Eu离子的波包动力学实验为基础,对3+

Eu离子在常温下的自由感应衰减(FID)过程和相位动力学进行了描述和分析,对实验过程中的主要