原子相干诱导吸收型光学双稳态的调控

摘要

光学双稳态是量子光学和非线性光学中的一项重要课题，它在光学传感器、存储器、全光开关等方面具有潜在的广泛应用，人们对光学双稳态从理论上与实验上都进行了大量而有效地研究。本论文提出了两个新的理论方案，即一个开放的(∧)型三能级的原子系统和一个封闭的Y型四能级原子系统，运用半经典方法研究了它们的光学双稳态特性，实现了光学双稳态的相干调控，并对开放系统与封闭系统的光学双稳态进行了比较。全文共分五章，具体如下:
　　 第一章，简要给出了本论文的研究背景、研究意义和研究内容。主要包括光学双稳态的研究进展，光学双稳态相干调控的基本理论。最后简述了本文的主要工作。
　　 第二章，以单模光场与两能级原子相互作用系统为例介绍了光与原子相互作用的半径典理论，给出了薛定谔表象与相互作用表象下该系统的哈密顿量，并给出了两种常用的描述系统动力学特性的方法，即几率幅方法和密度矩阵方法。
　　 第三章，提出了在一个开放的(∧)型三能级的原子系统实现对光学双稳态进行相干调控的理论方案，在电偶极距和旋转波近似下，采用密度矩阵方程来描述该系统动力学方程。通过数值模拟发现，在稳态解情形下，光学双稳态的阈值和其磁滞的区域可以通过非相干泵浦率、合作系数、SGC的大小、驱动场的强度、驱动场之间的相位差等进行有效的调控。在相同的参数下，将开放系统与封闭系统对应的光学双稳态进行了对比，开放系统的光学双稳态的阈值比封闭系统要小。再者，与封闭系统不同的是，开放系统的双稳态也可以由原子注入和溢出速率进行调控。最后给出了实现本方案的具体的实验方案。
　　 第四章，提出了在一个封闭的Y型四能级原子系统实现光学双稳态相干调控的理论方案，采用密度矩阵方法来描述该系统的动力学特性，在平均场近似与稳态解情形下，得到该系统的输入-输出关系。数值模拟表明，在合适的参数下，控制场的强度、探测场的失谐量、合作系数均可以有效地调控光学双稳态曲线的阈值与其形状，还发现两个控制场之间的相位差也可以用来对光学双稳态进行调控。最后给出了实现本方案的相应的实验方案。
　　 第五章，对全文进行了总结和展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

引言

1．1 光学双稳态的相干调控的基本理论

1．2 光学双稳态的相干调控的研究进展

1．3 本文的主要工作

第二章 光场与原子相互作用的半经典理论

2．1 偶极近似

2．2 半经典理论下单模光场和两能级原子相互作用的哈密顿量

2．2．1 薛定谔表象

2．2．2 相互作用表象

2．3 半经典理论下的系统演化的几率幅描述

2．3．1 几率幅方程

2．3．2 几率幅方程的稳态解

2．4 半经典理论下的系统演化的密度矩阵描述

2．4．1 密度算符

2．4．2 密度矩阵的动力学方程

第三章 A型开放三级原子系统中光学双稳态的相干调控

引言

3．1 模型与动力学方程

3．2 数值计算结果和物理分析

3．3 可能的实验方案

3．4 本章小结

第四章 Y型封闭四能级原子系统中光学双稳态的相干调控

4．1 理论模型及动力学方程

4．2 数值计算结果及数值分析

4．3 可能的实验方案

4．4 本章小结

第五章 论文总结及展望

参考文献

致谢

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