Optical spectroscopy and decoherence studies ofYb3+:YAG at 968 nm

Electron Spin Coherence in Optically Excited States of Rare-Earth Ions for Microwave to Optical Quantum Transducers

“…Fits of this model to the experimental 2-and 3-pulse echo decays (see Supplemental Material [23]) give the following values: Γ 0 = 2.7×10 5 Hz, Γ SD = 4.3×10 5 Hz, R ff = 2.1×10 4 s −1 , α O,g = 50 × 10 10 Hz and ∆ g = 40 K. The experimental parameters compare well with theoretical estimates for decoherence from spin flip flops of site 1 Er 3+ ground-state spins (see Supplemental Material [23]), with calculated values of Γ SD,theory = 4.4 × 10 5 Hz and R ff,theory = 1.6 × 10 5 s −1 . The crystal field level splitting of 57 K [19] is larger than the fitted value, a common observation in spin-lattice relaxation studies [28][29][30]. For our field orientation, the ground-state g factors for site 1 and 2 spins are 4 and 14 [25] so that the site 2 flip-flop rate will be faster than for site 1 by a factor of roughly (14/4) 4 = 150.…”

Recent Advances in Rare Earth Doped Inorganic Crystalline Materials for Quantum Information Processing

“…Up to now, three systems have been investigated by high resolution spectroscopy: LiNbO 3 : Yb 3+ , YAG:Yb 3+ , and Y 2 SiO 5 :Yb 3+ . In the latter, a 50 ppm doped sample showed inhomogeneous linewidths of 1.7 and 2.2 GHz for the two sites and oscillator strengths of the order of 5–6 × 10 –6 , among the highest for rare earths in Y 2 SiO 5 (Figure ).…”

“…Such transitions should have long coherence lifetimes, since magnetic perturbations, from other Yb 3+ ions or Y host spins, are expected to be the main source of dephasing in this system. In YAG: Yb 3+ , a detailed study of the optical transition at 968 nm was performed under various temperatures and magnetic fields . Doped at δ = 500 ppm, the crystal showed a surprisingly narrow inhomogeneous line, 3.6 GHz, compared to other rare earth doped in YAG.…”

Однородные и неоднородные ширины линий в оптических спектрах кристалла Y-=SUB=-2-=/SUB=-SiO-=SUB=-5-=/SUB=- : -=SUP=-171-=/SUP=-Yb-=SUP=-3+-=/SUP=-

“…) где T -температура, ᾱ -коэффициент связи и θ D -температура Дебая для YSO. Наилучшие аппроксимации дают значения ᾱ = (9.3 ± 0.8) • 10 3 и (10.3 ± 1.4) • 10 3 GHz для образцов с концентрациями 2 и 10 ppm соответственно, если взять θ D = 420 K [17].При низких температурах, когда рамановское уширение пропорционально T 7 , это будет соответствовать среднему коэффициенту связи 3 • 10 −3 Hz/K 7 , аналогичному значениям, найденным для Eu 3+ : Y 2 SiO 5[17], но больше, чем полученное для Yb 3+ : Y 3 Al 5 O 12[8]. Как и в этой последней работе, мы обнаружили, что экспериментальные данные можно объяснить, учитывая резонансный фононный процесс, т. е. поглощение фононов между двумя нижними штарковскими уровнями основного или возбужденного состояний.…”

“…Как и в этой последней работе, мы обнаружили, что экспериментальные данные можно объяснить, учитывая резонансный фононный процесс, т. е. поглощение фононов между двумя нижними штарковскими уровнями основного или возбужденного состояний. Однако в отличие от рамановского процесса коэффициенты связи в этом случае были в очень плохом согласии с полученными в работе[8]. Необходимы дальнейшие исследования в более широком диапазоне температур, чтобы прояснить вклад этих двух процессов.…”