近期,，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與上海交通大學(xué)等單位合作,，在相干激發(fā)的氮?dú)怆x子中實(shí)現(xiàn)了“光子存留”效應(yīng),，驗(yàn)證了在大氣離子氣體中對光子進(jìn)行相干操控的可能性,。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Science Bulletin（《科學(xué)通報(bào)》）上,。

　　氮?dú)馐强諝庵泻控S富的氣體,。近期的一系列科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),，強(qiáng)場電離產(chǎn)生的氮?dú)怆x子是一個(gè)潛在的研究量子相干效應(yīng)的新平臺,。

　　相對于堿金屬蒸汽、里德堡量子氣體,、超冷原子等傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室氣體,，氮?dú)怆x子由于其豐富的能級結(jié)構(gòu)、化學(xué)上的相對穩(wěn)定性以及安全性而被認(rèn)為是一個(gè)用以研究光與物質(zhì)相互作用以及光子相干操控特性的新穎量子光學(xué)平臺,。

　　同時(shí),，由于空氣中氮分子的含量豐富，該量子光學(xué)研究平臺有望在不久的將來從實(shí)驗(yàn)室移動到室外的大氣環(huán)境中,，從而在大氣中實(shí)現(xiàn)對光子的相干操控,。

　　基于上述原因，上海光機(jī)所與上海交通大學(xué)等多個(gè)單位合作,，驗(yàn)證了在相干激發(fā)的氮?dú)怆x子氣體中的光子存留效應(yīng),。

　　研究發(fā)現(xiàn)，飛秒強(qiáng)激光場將氮?dú)怆婋x成氮分子離子之后,，其所產(chǎn)生的量子相干性能將光子存留在離子氣體中,。

　　這些光子信息在以往的研究中無法被直接探測到,。而在該項(xiàng)研究中,，研究者提出了一種有效的存留光子讀取技術(shù)。

　　通過延時(shí)注入的第二束中紅外激光脈沖與存留的光子共同作用,，可以產(chǎn)生被探測器直接觀察到的紫外相干輻射,，從而驗(yàn)證了在氮?dú)怆x子中的相干光子存留效應(yīng)。

　　在氮?dú)膺@種大氣氣體中驗(yàn)證光子存留效應(yīng),，不僅證實(shí)了氮?dú)怆x子是一個(gè)優(yōu)秀的量子光學(xué)研究平臺,，而且也指明了將來在室外大氣中通過豐富的氮?dú)馊?shí)現(xiàn)光信息處理以及室溫下相干光信息存儲的可能性。

　　相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金,、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,、上海市市級科技重大專項(xiàng)、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人,、上海市自然科學(xué)基金,、中科院先導(dǎo)B專項(xiàng)、中科院青促會等項(xiàng)目的支持,。

　　圖1 在相干激發(fā)的氮?dú)怆x子中實(shí)現(xiàn)“光子存留”效應(yīng)的基本原理,。

　　圖2 在相干激發(fā)的氮?dú)怆x子中通過存留光子產(chǎn)生的紫外相干輻射。實(shí)驗(yàn)測量的紫外輻射的（a）光譜與（b）時(shí)間演化動力學(xué),；（c）在不同的激發(fā)態(tài)粒子數(shù)布居情況下,，理論計(jì)算的紫外輻射強(qiáng)度隨延時(shí)的變化,。