Tm$^{3+}$:Y$_3$Ga$_5$O$_{12}$ 的光学退相干研究

在低至 1.2 K 的温度下研究了 1%Tm$^{3+}$:Y$_3$Ga$_5$O$_{12}$ (Tm:YGG) 中 795 nm $^3$H$_6$ 到 $^3$H$_4$ 跃迁的退相干。测量了光学相干寿命对温度、磁场、频率和时间尺度（光谱扩散）的依赖性。我们的结果表明，与其他已知的掺铥材料相比，该材料的相干寿命受光谱扩散的影响更小。光子回波激发和光谱烧孔方法揭示了均匀的退相干特性，以及在整个 56 GHz 非均匀展宽的光学跃迁带宽内产生持久光谱孔完全透明的可能性。温度依赖的退相干可由声子的弹性拉曼散射很好地描述，并带有一个额外的较弱分量，该分量可能源于低密度的类玻璃动态无序模式（二能级系统）。对所观察行为的分析表明，对于以优化特性生长的晶体，在低于 1 K 的温度下，该系统可能实现接近一毫秒的光学相干寿命。总体而言，我们发现 Tm:YGG 与其他掺 Tm 晶体相比具有优越的退相干特性，是光学量子存储器和光子信号处理等依赖长相干寿命应用的有前景的候选材料。