原子态制备调控EIT慢光：基于Zeeman子能级布居工程的光速减速新策略

本研究针对电磁诱导透明(EIT)系统中慢光群速度调控的关键科学问题，通过理论模拟87 Rb原子D2 线(F=2→F'=1)的Zeeman子能级布居，创新性地提出采用圆偏振光预泵浦实现原子态制备的方案。研究团队通过求解8×8密度矩阵的Liouville方程，首次证实平衡σ+ /σ- 偏振光预泵浦可使群速度降低20dB以上，为量子存储和磁力测量等应用提供了新的调控维度。

　　

在量子光学领域，电磁诱导透明(EIT)现象犹如给光速按下"暂停键"——当控制激光与原子介质共振时，原本不透明的介质会突然对探测光"开绿灯"，同时产生极强的色散效应使光速骤降。这种"慢光"效应在量子存储、高精度传感等领域展现出巨大潜力，但现有技术面临群速度调控精度不足的瓶颈。问题的核心在于：传统EIT研究多关注稳态参数优化，却忽视了原子初始态制备这一"起跑线"对慢光性能的决定性影响。

针对这一挑战，伊朗国家科学基金会资助的研究团队在《Optik》发表创新成果。研究人员聚焦⁸⁷
Rb原子D₂
线的Zeeman子能级体系，开创性地将原子态制备作为主动调控工具。通过构建8×8密度矩阵模型求解Liouville方程，系统模拟了不同偏振光预泵浦对EIT窗口的调控规律，揭示了初始布居分布与慢光性能的量子关联机制。

研究采用三大关键技术：1）建立包含8个Zeeman子能级的密度矩阵模型，完整描述F=2→F'=1跃迁的量子相干动力学；2）开发偏振分辨的光泵浦算法，精确控制σ⁺
、σ^-
和π偏振光对磁子能级的选择性激发；3）引入群速度量化指标，通过Doppler展宽环境下的数值模拟评估慢光性能。

【Absorption and dispersion】
研究首先解析⁸⁷
Rb的D₂
线能级结构，确认F=2基态（分裂为5个Zeeman子能级）与F'=1激发态（3个子能级）构成多组Λ型能级系统。理论计算显示，不同磁量子数子能级间的相干耦合会产生独特的EIT光谱特征。

【Results and discussion】
通过对比σ⁺
、σ^-
和π偏振光预泵浦方案，发现平衡的圆偏振光组合能最优制备m_F
=±2态布居，使探测光吸收峰分裂为双透明窗口。这种特殊布居使群速度降至原始值的1/100（20dB衰减），远超线性偏振光方案的7dB效果。

【Conclusions】
研究证实原子态制备是调控EIT慢光的新维度：1）圆偏振光预泵浦可工程化Zeeman子能级布居，产生"量子剪刀"效应裁剪EIT窗口形状；2）平衡σ⁺
/σ^-
组合使群速度产生超20dB衰减，突破现有偏振调控极限；3）建立的8×8密度矩阵模型为复杂能级系统的相干调控提供普适工具。

该成果将原子初始态制备从被动参数转化为主动调控工具，为发展可编程慢光器件奠定基础。特别是在室温原子蒸气系统中实现毫秒级相干保持，使得基于Zeeman-EIT的量子存储器向实用化迈进重要一步。研究揭示的"初始态-透明窗-群速度"关联规律，对发展新型磁力计和全光开关具有重要指导价值。