基于电磁诱导透明的微波电场与范式力精密测量研究

摘要

电磁诱导透明(EIT)是一种量子干涉效应，为量子传感开辟了新的路径。通过外加控制场与介质发生相互作用，介质在一定频率范围内对探测场的吸收发生变化，透过率增加甚至完全透明，并且该透明窗口处的极化率发生了陡峭变化，介质由原来的正常色散变成反常色散。利用EIT效应可以实现慢光效应、光存储、光开光、单光子源制备以及微波电场测量。近几年来，基于里德堡原子的微波电场测量引起了研究者的极大兴趣。里德堡原子是处于高激发态的一类原子。它具有长的寿命、大的极化率、大的跃迁偶极矩、低的电离阈值等优点，对外部电磁场的响应十分敏感，因此可以用来测量微波电场强度。当前里德堡原子电场计大都采用的单暗态(单EIT)系统，它的测量精度、灵敏度有限。　　本论文讨论了如何利用电磁诱导透明原理实现微波电场以及范德瓦尔斯力的精密测量，取得了以下创新性结果：　　1.提出了一种基于暗态相互作用增强微波电场测量的方案。五能级里德堡原子系统有两个电磁诱导透明(EIT)子系统。当施加微波场时，两个尖锐的吸收峰出现在原来EIT窗口中央，并且中心峰的频谱分裂间距与所施加的微波场强成正比，可用于微波电场强度的测量。此外，暗态间的相互作用极大地压窄了线性和非线性吸收谱，这大大提高了测量灵敏度和精度。而且改变两个耦合场的比值也可以调节测量灵敏度。模拟结果表明：基于双暗态系统的测量灵敏度比传统的单暗态系统高一个数量级，测测量精度提高了约三个数量级。缀饰态理论分析可以很好地解释上述结果。　　2.基于电磁诱导透明原理，本文提出了一种测量冷里德堡原子范德瓦尔斯力的方案。在平均场近似下，本文研究了范德瓦尔斯力对透射谱的影响。模拟结果显示范德瓦尔斯力与透射谱的频移成正比关系，这可用于测量范德瓦尔斯力。本文采用立方晶格模型研究了系统的范德瓦尔斯力演化，发现了范德瓦尔斯力随着耦合场强增加而变大。当然，模拟结果显示高密度气体在强耦合的条件下会出现全部原子阻塞的现象，这对测量范德瓦尔斯力带来了一些困难。最后，本文讨论了全阻塞的边界条件，并解释了范德瓦尔斯力的演化过程。相关的研究对单光子源的制备有潜在的应用。

目录

声明

变量注释表

1 绪论

1.1 精密测量与原子传感的背景

1.2 微波电场测量的背景与进展

1.3 研究的主要内容及安排

2 光与原子的相互作用

2.1.1 里德堡原子的基本特性

2.1.2 量子缺陷

2.1.3 跃迁偶极矩的计算

2.2.1 电磁诱导透明基本理论

2.2.2 结果与讨论

2.3 基于单暗态系统的微波电场测量

3 暗态相互作用增强微波电场测量

3.1 引言

3.2 模型和基本方程

3.3 结果与讨论

3.4 缀饰态分析

4 测量冷里德堡原子的范德瓦尔斯力

4.1 引言

4.2 模型与基本方程

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 总结与展望

参考文献

作者简历

致谢

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