本发明提供了一种实现双向光学二极管的方法及装置。该发明方案如下：两束对向入射的，具有一定频率失谐的耦合场作用在热碱金属原子汽室中，使原子介质对探针光的折射率产生周期性调制，使双向入射探针光的透射特性得到有效操控，实现了具有一定频率间隔和频率宽度的双向光学二极管功能，频率间隔取决于双向耦合场之间的频率失谐之差，频率宽度取决于热原子无规则运动引起的多普勒效应。同时引入一对相干泵浦场，可有效提高该光学二极管的双向透射效率，而不影响其隔离比。本发明涉及的装置易于小型化和集成化，形成实用型光量子器件，广泛应用于多通道量子态存储，可调谐全光控制的光学开关、光学反射镜等量子信息存储和量子中继网络等研究领域。
1.一种实现双向光学二极管的方法，其特征在于：包括以下步骤：（a）、将两束对向入射的，具有一定频率失谐的耦合场作用在热碱金属原子介质中，使热原子介质对光的折射率产生周期性的调制，形成了失谐驻波模型；一对耦合场的偏振态相同；（b）、将两束频率相同的探针场对向穿过热原子介质，在探针场频率处于双光子共振中心附近，当前向入射的探针场能透过热原子介质时，后向入射的探针场刚好被热原子介质完全吸收，反之亦然，从而对双向入射探针光的透射特性得到有效操控，实现了具有一定频率间隔和频率宽度的双向光学二极管功能；该频率间隔取决于双向耦合场之间的频率失谐之差，而频率宽度取决于热原子无规则运动引起的多普勒效应；探针场与耦合场偏振垂直；一对耦合场分为前向耦合场和后向耦合场；前向耦合场与前向探针场共线重合，后向探针场与前向探针场共线重合。
2.如权利要求1所述的一种实现双向光学二极管的方法，其特征在于：在引入耦合场的同时向热原子介质中引入一对对向入射的相干泵浦场；用于提高该光学二极管的双向透射效率，而不影响其隔离比；泵浦场与耦合场的偏振平行；一对泵浦场包括前向泵浦场和后向泵浦场，前向泵浦场与前向耦合场共线重合，后向泵浦场与后向耦合场共线重合。
3.如权利要求2所述的一种实现双向光学二极管的方法，其特征在于：热原子介质为铯原子蒸汽；耦合场采用波长为894.5nm、可连续调谐的耦合激光，其频率作用于铯原子D1线基态Fg=4至激发态Fe=4的能级跃迁；探针场采用波长为894.5nm、可连续调谐的探针激光，其频率作用于铯原子D1线基态Fg=3至激发态Fe=4的能级跃迁，耦合激光、探针激光与铯原子作用形成Λ型电磁诱导透明能级系统；泵浦场采用波长为852.3nm、可连续调谐的泵浦激光，其频率作用于铯原子D2线基态Fg=3至激发态Fe=4的能级跃迁。
4.一种实现双向光学二极管的装置，用于实现如权利要求1所述的方法，其特征在于：
包括失谐驻波耦合场和原子汽室耦合系统；该系统包括作为耦合光光源的第一半导体激光器（1）、顺次位于第一半导体激光器（1）出射光路上的第一半波片（2）和第一偏振分光棱镜（3）；第一偏振分光棱镜（3）的透射光路上顺次设有第一声光调制器（5）、第二半波片（6）和第一50/50分束器（7）；第一50/50分束器（7）的反射光路上设有第一格兰棱镜（11）；第一偏振分光棱镜（3）的反射光路上设有第一全反镜（4），第一全反镜（4）的反射光路上顺次设有第二声光调制器（8）、第三半波片（9）以及第二50/50分束器（10），第二50/50分束器（10）的反射光路上设有第二格兰棱镜（13）；所述第一、第二格兰棱镜的反射光路呈共线对射且第一、第二格兰棱镜的反射光路上设有内充碱金属原子介质的原子汽室（12）；还包括探针光系统，所述探针光系统包括作为探针光光源的第二半导体激光器（14），第二半导体激光器（14）的出射光路上顺次设有第四半波片（15）和第二偏振分光棱镜（16），第二偏振分光棱镜（16）的反射光路上顺次设有第五半波片（17）和第一透射率99%分束器（18）；第二偏振分光棱镜（16）的透射光路上设有第二全反镜（19）；第二全反镜（19）的反射光路上顺次设有第六半波片（20）和第二透射率99%分束器（21）；所述第一格兰棱镜（11）和第二格兰棱镜（13）位于第一透射率99%分束器（18）和第二透射率99%分束器（21）之间，第一透射率99%分束器（18）和第二透射率99%分束器（21）的反射光路反向共线，且第一透射率99%分束器（18）的反射光路穿过第一格兰棱镜（11）并与第一格兰棱镜（11）的反射光路重合，第二透射率99%分束器（21）的反射光路穿过第二格兰棱镜（13）并与第二格兰棱镜（13）的反射光路重合；还包括信号探测系统，所述信号探测系统包括位于第二透射率99%分束器（21）反射光路反向延长线上的第一光电探测器（27）以及位于第一透射率99%分束器（18）反射光路反向延长线上的第二光电探测器（28）；第一、第二光电探测器的信号输出端共同连接有数字存储示波器（31）。
5.如权利要求4所述的一种实现双向光学二极管的装置，其特征在于，还包括泵浦光光路系统；所述泵浦光光路系统包括作为泵浦光光源的第三半导体激光器（22）、顺次设于第三半导体激光器（22）出射光路上的第七半波片（23）和第三偏振分光棱镜（24）；第三偏振分光棱镜（24）的反射光路穿过第一50/50分束器（7）并与第一50/50分束器（7）的反射光路重合，第三偏振分光棱镜（24）的透射光路上设有第三全反镜（25），第三全反镜（25）的反射光路穿过第二50/50分束器（10）并与第二50/50分束器（10）的反射光路重合；第三全反镜（25）与第二50/50分束器（10）之间设有第八半波片（26）。
6.根据权利要求5所述的一种实现双向光学二极管的装置，其特征在于：原子汽室（12）内充有铯蒸汽；第一半导体激光器（1）提供波长为894.5nm、可连续调谐的耦合激光，其频率作用于铯原子D1线基态Fg=4至激发态Fe=4的能级跃迁；第二半导体激光器（14）提供波长为
894.5nm、可连续调谐的探针激光，其频率作用于铯原子D1线基态Fg=3至激发态Fe=4的能级跃迁，耦合激光、探针激光与铯原子作用形成Λ型电磁诱导透明能级系统；第三半导体激光器（22）提供波长为852.3nm、可连续调谐的泵浦激光，其频率作用于铯原子D2线基态Fg=3至激发态Fe=4的能级跃迁。
7.根据权利要求6所述的一种实现双向光学二极管的装置，其特征在于：耦合光和泵浦光都以垂直偏振穿过充有铯蒸汽的原子汽室（12），而探针光以水平偏振入射；第一、第二格兰棱镜的消光比均为105：1。
8.根据权利要求4 7任一项所述的一种实现双向光学二极管的装置，其特征在于：原子~
汽室（12）两端端面镀800-950nm光波波长的减反膜，以减少激光在玻璃表面的线性损耗；同时原子汽室（12）的侧面用3层μ箔包裹，以隔绝外界磁场的影响。
9.根据权利要求4 7任一项所述的一种实现双向光学二极管的装置，其特征在于：第~
一、第二光电探测器均为直流探测器，探测到的信号分别通过第一BNC导线（29）和第二BNC导线（30）输入数字存储示波器（31）中显示和采集数据，其中数字存储示波器（31）的触发信号由第二半导体激光器（14）提供。
10.根据权利要求8所述的一种实现双向光学二极管的装置，其特征在于：第一、第二光电探测器均为直流探测器，探测到的信号分别通过第一BNC导线（29）和第二BNC导线（30）输入数字存储示波器（31）中显示和采集数据，其中数字存储示波器（31）的触发信号由第二半导体激光器（14）提供。
一种实现双向光学二极管的方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及量子光学及光与物质相互作用技术领域，具体是通过两束偏振相同、具有固定频率失谐的、对向入射的耦合激光作用于碱金属原子汽室，使原子介质对入射探针光的折射率产生周期性的吸收调制，使对向入射探针光的透射特性得到有效操控，从而实现双向光学二极管功能的方法及装置。
背景技术
[0002] 光学二极管是一种具有单向导通性的无源器件，即只允许单一方向的光通过，而不影响其传输特性，在激光技术和量子光学领域，被广泛应用于光隔离技术和全光控制过程。目前实现光学二极管功能的途径主要有两种：一种是基于磁光晶体的法拉第旋转效应，另一种是基于非线性材料的不对称结构形成的光子晶体。
[0003] 基于磁光晶体法拉第效应的光隔离器，其工作原理是：具有旋光性的材料在磁场作用下，可以使通过该物质的光的偏振方向发生旋转，即磁致旋光效应。当一束正向入射的光，经过起偏器后变为线偏振光，并在法拉弟旋磁介质和外磁场作用下偏振顺时针旋转45度，并恰好穿过与起偏器成45度放置的检偏器；而对于反向入射的光，经过检偏器后变为线偏振光，并经过旋磁介质和外磁场时，偏振方向也顺时旋转45度，刚好与起偏器方向正交，因此隔离反向光的传输。该类型隔离器广泛用于激光光源的输出端，用于防止光学器件表面反射的光进入激光设备，以减少反射光对光源的功率和频率稳定性产生的不良影响，改善光源的工作稳定性。在光纤通信系统中，利用光隔离器可防止后向传输光产生的附加噪声，减少受激布里渊散射引起的功率损失，等等。然而在基于光与物质相互作用的量子信息存储及量子通信领域，由于光隔离器具有强磁场的特点，会引起原子能级的塞曼分裂和光束的偏振状态改变，为避免磁场的影响，需要对光隔离器磁场进行屏蔽，增大了实验系统地空间，因此限制了光路系统向小型化集成化的发展。
[0004] 光子晶体是不同折射率的介质周期性排列形成的人工光学微结构。由于该介质的介电常数在空间上具有周期性，引起对光波的空间折射率周期变化，从而对光波的色散形成能带结构，即光子带隙，能够阻断特定频率的光子通过晶体，实现光隔离功能。而具有不对称结构的非线性材料形成的光子晶体，可以对光的传输产生各向异性，使某固定频率的光沿某一方向单向穿过晶体而不被阻止，形成光学二极管。该类型光学二极管容易实现小型化和实用化，比如集成二极管芯片等，已广泛应用于光纤网络通信中。然而受到材料结构及特性本身的限制，该类型光子晶体只能针对一些特定频率的光产生二极管效应，而且只允许光沿某一固定方向传播，并且很难实现频率的连续调谐和全光调谐操控。因此，在基于光与原子相互作用的量子信息存储、量子中继网络等量子通讯领域中，实现频率可调并多通道全光控制的集成化双向光学二极管是非常必要的。
发明内容
[0005] 本发明为解决传统的利用旋磁介质或光子晶体材料产生光隔离的功能存在的只允许光沿某一固定方向传播且很难实现频率的连续调谐和全光调谐操控的技术问题，通过两束对射的、具有一定频率失谐的耦合场与碱金属原子汽室的相互作用，提供一种实现双向光学二极管的方法及装置。
[0006] 本发明所述的一种实现双向光学二极管的方法是采用以下技术方案实现的：一种实现双向光学二极管的方法，包括以下步骤：(a)、将两束对向入射的，具有一定频率失谐的耦合场作用在热碱金属原子介质中，使原子介质对光的折射率产生周期性的调制，形成了失谐驻波模型；(b)、将两束频率相同的探针场对向穿过热原子介质，在探针场频率处于双光子共振中心附近，当前向入射的探针场能透过热原子介质时，后向入射的探针场刚好被热原子介质完全吸收，反之亦然，从而对双向入射探针光的透射特性得到有效操控，实现了具有一定频率间隔和频率宽度的双向光学二极管功能；该频率间隔取决于双向耦合场之间的频率失谐之差，而频率宽度取决于热原子无规则运动引起的多普勒效应。
[0007] 驻波是由偏振、频率相同的两束光对射形成，而本申请中提到的失谐驻波是指具有一定频率失谐的两束光对射形成的具有一定移动速度的驻波，移动速度取决于两束光场之间的失谐，因此称为失谐驻波；双光子共振是指相对各自作用的原子跃迁能级，耦合光和探针光具有相同的频率失谐量；多普勒效应是指在热原子汽室中，不同速度的同种原子感应到的共振跃迁频率不同，同向时感应到的频率偏小，反向时感应到的频率偏大。
[0008] 在引入耦合场的同时向热原子介质中引入一对相干泵浦场；用于提高该光学二极管的单向透射效率，而不影响其隔离比。
[0009] 进一步的，热原子介质为铯蒸汽；耦合场采用波长为894.5nm、可连续调谐的耦合激光，其频率作用于铯原子D1线基态Fg＝4至激发态Fe＝4的能级跃迁；探针场采用波长为894.5nm、可连续调谐的探针激光，其频率作用于铯原子D1线基态Fg＝3至激发态Fe＝4的能级跃迁，耦合激光、探针激光与铯原子作用形成Λ型电磁诱导透明能级系统；泵浦场采用波长为852.3nm、可连续调谐的泵浦激光，其频率作用于铯原子D2线基态Fg＝3至激发态Fe＝4的能级跃迁。
[0010] 理论上讲，只要是具有多能级系统的原子，都可以在本发明所述方法下利用失谐驻波模型实现双向光学二极管；通常则采用碱金属原子。
[0011] 本发明所述的实验装置，是采用以下技术方案实现的：一种实现双向光学二极管的装置，包括失谐驻波耦合场和原子汽室耦合系统；该系统包括作为耦合光光源的第一半导体激光器、顺次位于第一半导体激光器出射光路上的第一半波片和第一偏振分光棱镜；第一偏振分光棱镜的透射光路上顺次设有第一声光调制器、第二半波片和第一50/50分束器；第一50/50分束器的反射光路上设有第一格兰棱镜；第一偏振分光棱镜的反射光路上设有第一全反镜，第一全反镜的反射光路上顺次设有第二声光调制器、第三半波片以及第二
50/50分束器，第二50/50分束器的反射光路上设有第二格兰棱镜；所述第一、第二格兰棱镜的反射光路呈共线对射且第一、第二格兰棱镜的反射光路上设有内充碱金属原子介质的原子气室；还包括探针光系统，所述探针光系统包括作为探针光光源的第二半导体激光器，第二半导体激光器的出射光路上顺次设有第四半波片和第二偏振分光棱镜，第二偏振分光棱镜的反射光路上顺次设有第五半波片和第一透射率99％分束器；第二偏振分光棱镜的透射光路上设有第二全反镜；第二全反镜的反射光路上顺次设有第六半波片和第二透射率99％分束器；所述第一格兰棱镜和第二格兰棱镜位于第一透射率99％分束器和第二透射率99％分束器之间，第一透射率99％分束器和第二透射率99％分束器的反射光路反向共线，且第一透射率99％分束器的反射光路穿过第一格兰棱镜并与第一格兰棱镜的反射光路重合，第二透射率99％分束器的反射光路穿过第二格兰棱镜并与第二格兰棱镜的反射光路重合；还包括信号探测系统，所述信号探测系统包括位于第二透射率99％分束器反射光路反向延长线上的第一光电探测器以及位于第一透射率99％分束器反射光路反向延长线上的第二光电探测器；第一、第二光电探测器的信号输出端共同连接有数字存储示波器。
[0012] 所述“失谐驻波耦合场和原子汽室耦合系统”用于构造原子介质中的折射率调制模块，探针光系统用于产生前后两束对射的探针光(探针场)，入射至原子介质中，以实现具有一定频率间隔和频率宽度的双向光学二极管功能。
[0013] 进一步的，还包括泵浦光光路系统；所述泵浦光光路系统包括作为泵浦光光源的第三半导体激光器、顺次设于第三半导体激光器出射光路上的第七半波片和第三偏振分光棱镜；第三偏振分光棱镜的反射光路穿过第一50/50分束器并与第一50/50分束器的反射光路重合，第三偏振分光棱镜的透射光路上设有第三全反镜，第三全反镜的反射光路穿过第二50/50分束器并与第二50/50分束器的反射光路重合；第三全反镜与第二50/50分束器之间设有第八半波片。
[0014] 进一步的，第一半导体激光器提供波长为894.5nm、可连续调谐的耦合激光，其频率锁定在铯原子D1线基态Fg＝4至激发态Fe＝4的能级跃迁附近，第二半导体激光器提供的也是波长为894.5nm、可连续调谐的探针激光，其频率在铯原子D1线基态Fg＝3至激发态Fe＝4的共振中心扫描，二者与原子作用形成了三能级Λ型电磁诱导透明(EIT)能级系统，第三半导体激光器提供波长为852.3nm、可连续调谐的泵浦激光，其频率作用于铯原子D2线基态Fg＝3至激发态Fe＝4的能级跃迁中心。
[0015] 本发明所述的装置还包括：铯原子汽室的两端端面镀800-950nm光波波长的减反膜，以减少激光在玻璃表面的线性损耗，同时铯原子汽室的侧面用3层μ箔包裹，以隔绝外界环境磁场的影响；第一、第二光电探测器为直流探测器，且性能完全相同，探测到的信号分别通过BNC导线输入数字存储示波器中显示和采集数据，数字存储示波器的触发信号由第二半导体激光器提供。
[0016] 本发明设计的一种实现双向光学二极管的方法及装置，相比目前传统的利用旋磁介质实现光隔离功能或利用非线性光子晶体材料形成的光学二极管具有以下优点：
[0017] 1、该方法通过调谐耦合光的频率，可改变失谐驻波的频率带隙位置和带隙宽度，实现双向光学二极管的频率窄带透射并连续调谐，可推广至其他光与三能级原子相互作用的系统；
[0018] 2、相比单一方向的光隔离器，该方法实现了一种具有一定频率间隔和频率宽度的双向光学二级管功能；
[0019] 3、该套装置不需要强磁场的作用，避免了因磁场作用导致的原子能级分裂和光场的偏振旋转等问题；
[0020] 4、该装置核心系统的结构简单紧凑，易于小型化集成化。
附图说明
[0021] 图1是本发明的装置示意图。
[0022] 图中：1-第一半导体激光器，2-第一半波片，3-第一偏振分光棱镜，4-第一全反镜、5-第一声光调制器，6-第二半波片，7-第一50/50分束器，8-第二声光调制器，9-第三半波片，10-第二50/50分束器，11-第一格兰棱镜，12-原子汽室，13-第二格兰棱镜，14-第二半导体激光器，15-第四半波片，16-第二偏振分光棱镜，17-第五半波片，18-第一透射率99％分束器，19-第二全反镜，20-第六半波片，21-第二透射率99％分束器，22-第三半导体激光器，
23-第七半波片，24-第三偏振分光棱镜，25-第三全反镜，26-第八半波片，27-第一光电探测器，28-第二光电探测器，29-第一BNC线，30-第二BNC线，31-数字存储示波器。
[0023] 图2是实施例中光场作用铯原子能级跃迁示意图。
[0024] 图3是实施例中加入泵浦场条件下，相比入射的探针光，探测器探测的归一化的透射信号强度。
具体实施方式
[0025] 一种实现双向光学二极管的方法，包括以下步骤：包括以下步骤：(a)、将两束对向入射的，具有一定频率失谐的耦合场作用在热碱金属原子介质中，使原子介质对光的折射率产生周期性的调制，形成了失谐驻波模型；(b)、将两束频率相同的探针场对向穿过热原子介质，在探针场频率处于双光子共振中心附近，当前向入射的探针场能透过热原子介质时，后向入射的探针场刚好被热原子介质完全吸收，反之亦然，从而对双向入射探针光的透射特性得到有效操控，实现了具有一定频率间隔和频率宽度的双向光学二极管功能；该频率间隔取决于双向耦合场之间的频率失谐之差，而频率宽度取决于热原子无规则运动引起的多普勒效应。在引入耦合场的同时向热原子介质中引入一对对向入射的相干泵浦场；用于提高该光学二极管的单向透射效率，而不影响其隔离比。
[0026] 下面结合实验装置，并通过一具体实例，对本发明的具体实施作一详细介绍。
[0027] 图1是本发明的实验装置示意图。主要包括两部分:光路系统和探测系统。其中光路系统又包含三个单元：耦合光、探针光和泵浦光三个光路系统。
[0028] (1)耦合光光路系统：采用输出波长为894.5nm、频率可连续调谐的第一半导体激光器1作为耦合光光源，经第一半波片2和第一偏振分光棱镜3后分成功率相同的两束光，透射的一束光作为前向耦合光，经第一声光调制器5后移频，频率用ωc1表示，经第一50/50分束器7反射后，又经第一格兰棱镜11反射，穿过充有铯的原子汽室12；经第一偏振分光棱镜3反射的光作为后向耦合光，经第一全反镜4反射并穿过第二声光调制器8产生移频，频率用ωc2表示，再经第二50/50分束器10反射后，又经第二格兰棱镜13反射，与前向耦合光共线对向穿过充有铯的原子汽室12，前向耦合光与后向耦合光均以垂直偏振状态对射穿过介质，且分别通过调节第二半波片6和第三半波片9，使两束光的功率相同，与原子介质作用后，就形成了失谐驻波模型，移动的速率由前向耦合光和后向耦合光之间的频率差决定。
[0029] (2)探针光光路系统：采用输出波长同样为894.5nm、频率可连续调谐的第二半导体激光器14作为探针光光源：经第四半波片15和第二偏振分光棱镜16后分成两束，垂直偏振的反射光通过第五半波片17可变为水平偏振光，经第一透射率99％分束器18后，反射的光作为前向探针光，以水平偏振透过第一格兰棱镜11后与前向耦合光共线重合，同向穿过充有铯的原子汽室12；从第二偏振分光棱镜16透射的光经第二全反镜19反射，再通过第二透射率99％分束器21后，反射的光作为后向探针光，同样以水平偏振透过第二格兰棱镜13后与前向探针光共线重合，对向穿过充有铯的原子汽室12。前、后向探针光的功率分别通过第五半波片17和第六半波片20调节至相同。
[0030] (3)泵浦光光路系统：利用输出波长为852.3nm、频率可连续调谐的第三半导体激光器22作为泵浦光光源，经第七半波片23和第三偏振分光棱镜24后分成两束，反射的光作为前向泵浦光，穿过第一50/50分束器7后，与前向耦合光共线重合；透过第三偏振分光棱镜24的光作为后向泵浦光，经第三全反镜25反射后，穿过第二50/50分束器10，与后向耦合光共线重合，后向泵浦光的偏振通过第八半波片26由水平偏振转为垂直偏振。
[0031] 在该系统中，要保证穿入原子汽室12的耦合光与泵浦光偏振平行，与探针光偏振垂直。
[0032] 探测系统：正向穿过充有铯的原子汽室12的前向探针光透过第二格兰棱镜13后，透过第二透射率99％分束器21，进入第一光电探测器27探测，同法，反向穿过充有铯的原子汽室12的后向探针光透过第一格兰棱镜11后，透过第一透射率99％分束器18，进入第二光电探测器28探测，两路信号分别通过第一BNC导线29和第二BNC导线30送入数字存储示波器31中采集和显示结果。
[0033] 图2是本具体实例中光场与原子介质作用的能级跃迁示意图。耦合光频率锁定在2 2
铯原子D1线基态6 S1/2，Fg＝4至激发态6P1/2，Fe＝4的能级跃迁附近，其中，ωc1表示前向耦合光频率，ωc2表示后向耦合光频率，相对原子共振中心的频率失谐分别用Δc1和Δc2表示，二者频率失谐差为δ＝ωc2-ωc1＝Δc2-Δc1；探针光频率在铯原子D1线基态62S1/2，Fg＝3至激发态62P1/2，Fe＝4的共振中心扫描，前向探针光和后向探针光的频率分别用ωf和ωb表示，且二者相同，即ωf＝ωb＝ωpr，相对原子共振中心的频率失谐用Δpr表示，探针光和耦合光与原子相互作用，形成了Λ型三能级EIT系统；前向泵浦光与后向泵浦光的频率相同，即ωp1＝ωp2，锁定在铯原子D2线基态62S1/2，Fg＝4至激发态62P3/2，Fe＝4跃迁能级共振中心。
[0034] 图3是本具体实例中，在加入泵浦光条件下，探测到的前向探针光和后向探针光穿过充有铯原子的原子汽室12后的透射信号强度随探针光频率失谐的变化，透射信号强度已归一化，用T表示(T＝透射探针光功率/入射探针光功率)，Tf代表前向探针光的信号(实线)，Tb代表后向探针光的信号(虚线)。本实例中，调节前向耦合光频率失谐Δc1＝-30兆赫兹，后向耦合光频率失谐Δc2＝-10兆赫兹，二者频差δ＝20兆赫兹，注入充有铯的原子汽室12的前向耦合光和后向耦合光功率分别为50毫瓦，进入充有铯的原子汽室12的前向探针光和后向探针光功率分别为5微瓦。前向泵浦光和后向泵浦光功率分别为5毫瓦，频率相同，同时锁定在铯原子D2线基态62S1/2，Fg＝4至激发态62P3/2，Fe＝4跃迁能级共振中心。从图3中可发现，在探针光扫描到两个频率点处分别形成了双向的光学二极管效应：在探针光频率失谐Δpr＝-25兆赫兹附近，前向探针光的透射率仅有Tf＝0.008，能量基本被介质吸收，而后向探针光穿过介质的透射率有Tb＝0.605，因此对前向探针光产生了阻隔效应；而在Δpr＝-
5兆赫兹附近，后向探针光的透射率仅有Tb＝0.006，前向探针光的透射率为Tf＝0.611，形成了对后向探针光的隔离。
[0035] 实施例中详细地介绍了发明中，通过调谐前向耦合光和后向耦合光的频率失谐，实现全光控制的双向光学二极管效应的方法和装置，本发明中还可通过分别调节第一声光调制器5和第二声光调制器8，实现对前后向耦合光的频率移频，从而控制双向耦合场之间的频率失谐差，改变双向二极管之间的频率间隔；通过改变第一半导体激光器1的频率失谐，来实现对双向二极管透光频率的连续调谐。本发明涉及的方法还可推广到对应其他碱金属(如铷、钠等)原子介质与相干光场作用系统。通过本发明实现的可连续调谐、频率间隔可调的全光控制的双向二极管装置，在多通道量子信息存储、量子逻辑门操作及全光开关等研究领域具有重要的应用价值，且该装置易于集成化和小型化，可广泛应用于量子中继网络、光信息交换的实用化技术领域中。
