原子水平光频段量子相干实现负折射率的研究

摘要

本论文的研究方向是原子水平光频段量子相干实现负折射率材料(NegativeRefractionMedium，NRM)的理论研究，主要内容包括二能级原子系统实现负折射率的研究和三能级原子实现负折射率的研究。 负折射率材料是一种在同一频段具有负的介电常数(ε＜0)和负的磁导率(μ＜0)的人工电磁材料，由1967年前苏联物理学家Veselago首先提出并研究，与传统材料(Right-handedMaterials，RHM)比较而言，NRM的电磁波波矢(k)，电矢量(E)与磁矢量(H)构成左手关系，因此也被成为左手材料(Left-handedMaterials，LHM)。这种材料所具有的奇特的光学与电磁学的性质以及在信息科学与技术方面的潜在应用引起了人们广泛的关注与研究。近年来，国际上实现负折射率材料的方案多为基于经典电磁理论基础上各向异性的组合材料方案，并且多在微波波段实现，而基于量子相干理论的原子能级实现方案具有原子水平，光频段，各向同性等特点，它还可以避免人工组合材料对空间结构以及周期性的精密加工要求过高以及在短波段(如光频段)存在着不可避免的较大损耗等问题，是近年来人们研究各向同性负折射材料的主要方向之一。本硕士论文在总结实现负折射率以往方案和量子相干系统的半经典理论的基础上，着重分析研究了两种理论实现方案：二能级原子系统和三能级原子系统，并分为四个章节来论述： 第一章，简要介绍了负折射材料的定义，性质，特点以及研究发展的历史和研究意义，进而概述本论文的研究内容及目的。 第二章，简单综述研究所用到的量子相干系统的半经典电磁理论以及相关的推导，为后面各章做必要的理论准备。 第三章，详细研究如何在二能级原子中通过量子相干在光频段实现负折射率材料，通过推导与数值模拟，具体论述强共振场驱动下的稠密二能级原子气体在量子干涉和局域场效应共同作用下实现负介电常数的方法，这种方法可以很显著地降低光波传播时的损耗并对于在原子水平光频段实现目前应用广泛的单负材料提供了新的途径和方法，本章还针对二能级原子中实现负磁导率的问题进行了讨论和研究。 第四章，在总结分析以往Λ型三能级方案的基础上，通过推导模拟，着重研究了Ⅴ型三能级系统实现负折射率的方案，并对比分析了两种方案在实现负折射率方面的情况，这对于在同一系统中实现均匀与各向同性负折射率材料具有根本意义上的重要性。

目录

文摘

英文文摘

第1章引言

第2章量子相干系统的半经典电磁理论

第3章二能级原子系统中实现负折射率材料的研究

第4章三能级原子系统中实现负折射率材料的研究

总结与展望

附录

致谢

论文原创性声明