（续上期）

测量我们的超慢光的速度相对容易一些。我们用耦合光从侧面照射原子云团，并沿长轴把探测光脉冲射入原子云团，然后只是坐在原子云团后面等待光脉冲的出现，用光电倍增管探测光脉冲的到达时间。为得知光脉冲的速度，我们随后需要做的全部事情就是测量原子云团的长度，我们利用第三束激光——成像光束来完成这项工作。成像光束与耦合光和探测光成直角、垂直地穿过原子云团。原子会在成像光束中产生一个“吸收暗斑”，我们用照像机对原子云团快速拍照可记录下该暗斑，进而可测量原子云团的大小。

把光脉冲停住

我们已经知道如何让光脉冲放慢脚步徐徐而行，并能把它们压缩以便把它们完全包纳在原子云团中，于是我们决定开展其他不同的实验。当慢速运动的光脉冲到达原子云团中心时，我们突然关闭耦合光，结果发现此时光脉冲不会从原子云团中射出来；而当我们随后把耦合光重新开启时，则光脉冲就会从原子云团中恢复再现出来。

当光脉冲被减慢时，它的空间宽度大约被压缩为原来的一千万分之一，脉冲中剩余的能量几乎可以忽略（在自由空间中包含25000个光子的光脉冲被压缩后，相当于只包含了自由空间中一个光子的四百分之一的能量）。当我们突然关闭耦合光，则光脉冲就会停止在原子介质中。处于固定光脉冲区域内的原子将保留在它们的叠加“暗态”上。在这些态中，1态与2态的相对比例可作为衡量光脉冲和被关闭之前的耦合光的电场之比的尺度。实际上，我们还像记录全息图似的记录下了原子云团的相位栅。

当我们随后开启耦合光，让其重新照射到原子云团上的时候，保存在原子中的信息，即“原子栅”将决定光脉冲如何恢复出来。如果我们重新开启的耦合光的光强与其被关闭之前的光强相同，则我们就会得到一个与存储在原子云团中的光脉冲一模一样的复制品，它具有完全相同的形状和波长。

然而，当我们重新开启的耦合光的光强较大时，我们就会产生一个比输入光脉冲光强大且时间宽度被压缩的再现光脉冲。通过快速开启和关闭耦合光两三次，我们还可以从一个单一的输入脉冲重新产生出两个甚至三个小脉冲。我们已经成功地把脉冲在原子介质中存储了很长时间——实际上达到了几毫秒。在这么长的时间内，以正常速度传播的光脉冲可以走过几百英里的距离。停止、存储和复现光脉冲的实验是非常稳定的，我们可以猛烈地开关耦合激光。这一系统具有几乎是不可思议的自调整功能，可以避免光信息的吸收和损失。

我们为我们的光速减慢实验在理论和实验前沿激发出如此多的新物理内容而感到振奋。美国得克萨斯州农业与机械大学（A&M大学）的马兰 · 苏里（Marlan Scully）和他的研究组、美国加州大学伯克力分校的狄米垂 · 巴德克（Dimitry Budker）及其合作者曾经在室温气体中实现了光速减慢。当时，美国哈佛-史密森天体物理中心的让 · 瓦尔斯沃斯（Ron Walsworth）和迈克海尔 · 鲁金（Mikhail Lukin）采用和我们相类似的过程实现了光的停止，但在他们的实验中探测光和耦合光是同轴传播的，所采用的介质是热原子气体。另外，还有一些科研人员甚至在设法产生速度大于真空中光速的光。

冷原子系统可产生最陡的折射率分布，进而可产生某些最令人惊奇的效应，例如消除多普勒效应等。此外，冷原子系统还可为光路的几何配置方案提供极大的灵活性。这对在原子介质中进行多脉冲光学信息存储和再现是很重要的，因为这可允许我们有选择性地分别对每个单独脉冲进行寻址。

应用前景

光的减速和停止效应在光通讯和光处理，包括光学信息存储、超灵敏光开关以及光学延迟线等方面，具有许多潜在的应用前景。此外，它还可被应用于量子信息处理。量子信息处理就是利用量子力学信息进行计算和通讯。量子计算机可以解决经典计算机实际上不能独立解决的问题，例如密码学中的问题。

然而，量子信息处理过程中存在着一个大的问题，那就是我们无法使量子信息在光场和原子系统之间来回高效率地传输。但是，借助我们停止、排布和恢复光脉冲的本领，我们可以利用停止的光脉冲把光信息铭记在原子云团中。通过控制原子间的相互作用，我们可以在原子云团中对光信息进行处理，然后我们再恢复光脉冲并把处理过的量子信息送回光场，光场内的信息最后经光纤被送向远方。

慢光还可被应用于另外一个完全不同的前沿课题中，即它为我们探测玻色-爱因斯坦凝聚态的奇特性质提供了全新的方法。最近，我们研制出光“路障”，并用它产生了极度压缩的超慢光脉冲，在玻色-爱因斯坦凝聚体中形成了“量子冲击波”。人们甚至还可以利用慢光在地球上的实验室内研究宇宙学。例如，英国圣安德鲁大学的乌尔夫 · 莱昂哈德（Ulf Leonhardt）预言，可用上述系统模拟黑洞。

超慢光展现出了全新的应用前景，并为物理学基础研究开辟了新的道路。我相信我们目前所知道的只是冰山一角。

[Physics World，2001年9月号]