原子系统电磁诱导透明谱的相干调制

摘要

电磁诱导透明(ElectromagneticallyInducedTransparency，简称EIT)是量子光学的新进展。它是通过外加相干场来诱导原子系统的相干性从而使探测光不被该原子系统吸收的物理现象。电磁诱导透明已经在原子中，稀土掺杂晶体中以及半导体量子阱中观察到。电磁诱导透明有很多重要的应用，譬如利用电磁诱导透明可实现无逆转激光，低光子水平下的非线性光学，光速减慢或超光速传播等。 关于电磁诱导透明的研究，大多数的工作是针对三能级系统中的单重电磁诱导透明，即只有一个透明窗口。近年来，人们开始从单重透明推广到双重或多重透明现象的研究，同时，也从单光子电磁诱导透明的研究推广到双光子或三光子电磁诱导透明的研究。 本论文的工作主要分为两部分： 第一部分是五能级倒三脚架型原子系统中的单光子多重电磁诱导透明和双光子双重电磁诱导透明； 第二部分是六能级原子系统中微扰相干场诱导的多重暗态共振和耦合光线宽对多重暗态共振的影响。本论文的结构如下： 第三部分主要介绍了电磁诱导透明的研究进展、电磁诱导透明的基本原理和光与原子系统相互作用的半经典理论。 第四部分我们提出了一个新的五能级倒三角架型物理模型，研究了该原子系统中的单光子多重电磁诱导透明和双光子双重电磁诱导透明现象。我们发现通过调节相干场的Rabi频率，该系统可以呈现出三重、双重、单重电磁诱导透明；在三重电磁诱导透明中，透明窗的位置可以通过调节相干场的失谐量来进行控制，而且透明点的位置可连续地变化，即在一定范围内存在一系列连续频率的探测光无吸收地通过介质。这不仅有助于研究原子系统的基本性质，同时对实现多通道光信息传输有重要作用。本章还研究了控制场的Rabi频率和失谐量对双光子吸收谱的影响，实现了双光子电磁诱导透明与双重电磁诱导透明的结合，并且在缀饰态表象中对这些现象给出了解释。这对于实现双光子纠缠、多通道光信息传输及在量子信息和原子气体光学性质等方面有重要的应用。 第五部分，我们用几个较弱的相干场(微扰相干场)作用到一个人型原子耦合跃迁的基态与另一个更低能态的亚能级上，发现在探测吸收谱中会出现多个超窄吸收峰。当把一个弱的非相干场作用到探测跃迁时，这些吸收峰会变成增益。除了研究与多重暗态共振相关的吸收特性外，我们也讨论了色散特性，在吸收峰处，色散曲线变化非常陡峭，而色散曲线的斜率为负。当作用一个非相干场后，色散曲线的斜率在探测增益处变为正，即在无反转增益条件下可实现光的极慢传播。 我们还讨论了耦合光场的线宽对这些光学特性的影响，发现线宽主要减小了吸收峰的高度和色散曲线的最大值，但对探测光的群速度影响不大，这一特性可用于操纵原子的光学性质。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1电磁诱导透明物理现象的研究进展

1.2电磁诱导透明的研究意义

1.3本论文的结构安排及主要内容

第二章光与物质相互作用的基本理论

2.1薛定谔绘景和相互作用绘景

2.1.1薛定谔绘景

2.1.2相互作用绘景

2.2光与物质相互作用的半经典理论

2.2.1几率振幅法

2.2.2密度矩阵法

2.3缀饰态理论

第三章电磁诱导透明的基本原理

3.1暗态

3.2电磁诱导透明现象

3.3电磁诱导透明现象的解释

第四章五能级原子系统中的单光子多重电磁诱导透明和双光子双重电磁诱导透明

4.1引言

4.2物理模型与密度矩阵方程

4.3计算结果及讨论

4.3.1单光子多重电磁诱导透明现象的数值分析

4.3.2双光子双重电磁诱导透明现象的数值分析

4.4结论

第五章耦合光场的线宽对多重暗态共振的影响

5.1引言

5.2物理模型和运动方程

5.3微扰相干场诱导的多重暗态共振及其色散特性

5.4多重暗态共振在缀饰态中的解释

5.5在不同频率的增益处实现探测光的超慢传播

5.6耦合激光线宽对多重暗态共振的影响

5.7结论

总结与展望

参考文献

致 谢

在校期间的科研成果