华东师大精密光谱科学与技术国家重点实验室黄国翔教授课题组在里德堡非线性光学研究方面取得重要进展。课题组预言，利用自感应透明效应可在室温下的强相互作用里德堡原子气体中实现光脉冲的稳定传播。近期，该成果以Self-Induced Transparency in Warm and Strongly Interacting Rydberg Gases为题，刊发于国际顶级物理学学术期刊《物理评论快报》[Zhengyang Bai et al.，Physical Review Letters 125, 263605 (2020)]。英国诺丁汉大学李伟斌副教授、杜伦大学Charles Adams教授参与合作完成该项成果，华东师大精密光谱科学与技术国家重点实验室为第一完成单位，课题组白正阳副研究员为论文的第一作者。
《物理评论快报》发表黄国翔课题组里德堡非线性光学最新研究成果
里德堡原子是指电子轨道半径很大的一类高激发态原子。里德堡原子之间存在很强的长程相互作用，其值比基态原子之间的相互作用大十个以上数量级并可主动操控。利用光相干操控技术可将里德堡原子之间的强相互作用有效地转化为光子之间的强非局域相互作用，并可有效地实现原子激发的里德堡阻塞(Rydberg blockade)，从而在量子信息与量子计算、精密光谱与精密测量、非线性与量子光学、非平衡量子多体模拟等领域中有重要应用。
由于存在多普勒、碰撞、渡越等多种光谱增宽效应，室温下里德堡原子气体中原子之间的相互作用被原子热运动所导致的退相干效应所抑制，难以获得强的、相干的非线性与量子光学效应。基于其有趣的物理特性和潜在的实际应用前景，近年来国内外有不少研究小组开展了有关探索，但如何获得纳秒时间尺度下室温里德堡原子气体中的强的相干非线性与量子光学效应成为一个亟待解决的问题。
(a)-(c)里德堡自感应透明物理模型图；
(d)纳秒脉冲激光在里德堡原子气体中的传输动力学；
(e)与原子相互作用有关的自感应透明面积定理；
(f)不同温度与不同气体密度下里德堡自感应透明的相图
黄国翔教授课题组提出了利用自感应透明效应在室温下的里德堡原子气体中实现纳秒激光脉冲稳定传输的方案。他们通过深入分析原子碰撞截面与原子温度、量子数、能态衰变率等的关系和详细求解光脉冲与原子相互作用的非线性运动方程组，揭示了室温下里德堡原子中光脉冲相干传播的自感应透明特征，提出了新的、与原子相互作用有关的脉冲传播面积定理。该研究为基于里德堡原子气体实现强的相干非线性与量子光学效应及其在光量子信息处理等中的应用提供了新思路。该研究工作得到了国家自然科学基金及上海市科委人才计划项目的支持。
2019年，黄国翔教授课题组成果刊发于Optica期刊
黄国翔教授课题组长期从事非线性物理与非线性光学方面的研究，近年来的重点聚焦于超冷里德堡原子气体中的非线性与量子光学效应及其应用，取得了系列研究成果。2019年，该课题组基于里德堡原子之间的长程相互作用诱导的光子之间的非局域长程相互作用，预言了在超冷里德堡原子系综中可实现稳定传播的高维非线性光脉冲并可对其进行主动操控（包括高效、高保真的存储与读取），研究结果发表于国际著名期刊《光学》上 [Zhengyang Bai et al.，Optica 6, 309-317 (2019)]。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.263605
图文、来源｜精密光谱科学与技术国家重点实验室 编辑｜饶欣雨 编审｜郭文君
