对原子系统的单光子和双光子电磁诱导透明谱的研究

摘要

电磁诱导透明(EIT)是光与物质相互作用中的一个非常有趣的物理现象。在一般情况下,光在与物质相互作用时将被吸收。该现象是指原子系统在较强耦合光的作用下,不吸收探测光的物理现象。而电磁诱导透明现象主要是由于在耦合光场作用下,原子系统产生的量子干涉性导致的。经研究发现,该物理过程中会伴有许多有趣的物理现象,譬如无粒子数反转激光增益(Lasingwithoutinversion)、无吸收高折射率、低光子水平下的巨非线性光学、光速减慢等等。同时,许多学者将EIT的概念进行推广。将原来的三能级(包括人型、V型和Ξ型)原子系统推广到四能级或更高能级系统。将原来的单重EIT(只在某一个频率处附近发生的EIT)推广到两重或多重透明。同时,将单光子(针对一束探测光)的透明推广到多光子透明(两束或多束探测光的透明)。这些推广在多通道光通信或量子通讯等方面有重要作用。本文研究采用相干外场(如微波场)对单光子和双光子电磁诱导透明谱进行调制,可实现单光子和多光子的多重电磁诱导透明。透明谱中的透明窗口宽度和发生透明的频率等参数可通过调节相干外场的强度或失谐量等来进行人为调控。本论文结构安排如下:
　　 第一章介绍电磁诱导透明现象及其发展概况。接下来,第二章以二能级和三能级原子为例,利用半经典理论描述光与物质的相互作用,进而介绍了电磁诱导透明物理现象。并采用相干路径、缀饰基和密度矩阵理论给出物理解释。在第三章,我们提出一个五能级原子模型。通过研究,我们发现两个相干外场分别导致新的次级吸收峰,这些次级吸收峰将原来常见的单个电磁诱导透明窗口分裂为三个。这两个次级收峰的高度由相干外场的Rabi频率决定,而其位置由相干外场的失谐量决定。这一特性将在光通信信道的调制中发挥巨大的应用。
　　 在第六章,我们提出更为复杂的六能级原子系统模型。该模型与第五章中模型类似,在第五章的探测跃迁基础上再加一个抽运跃迁,从而讨论了该模型的双光子电磁诱导透明谱的调制。通过调节两束相干外场的强度和失谐量来对双光予透明谱进行调制,即相干外场的个数可产生相同数目的次级吸收峰,将原来的双光子单重诱导透明谱分裂成多个;通过调节相干外场的强度,来调制次级吸收峰的宽度和高度;通过调节相干外场的失谐量,来调制次级吸收峰出现的频率位置。这些研究有助于调制原子系统双光子吸收谱。在论文的最后一章,呈现本论文的总结和展望。