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文檔簡介
1、光與原子相互作用,作為量子光學(xué)中一個(gè)非常重要的研究內(nèi)容,在近幾十年得到了蓬勃的發(fā)展,而基于相干光場與原子介質(zhì)相互作用的產(chǎn)物,原子相干效應(yīng)更是受到人們的廣泛關(guān)注。原子相干總是伴隨著量子干涉,在此基礎(chǔ)上,產(chǎn)生了許多新奇有趣的量子現(xiàn)象。
本文基于原子相干,回顧了電磁誘導(dǎo)透明(EIT)效應(yīng),介紹了近十幾年人們對基于原子非線性相干效應(yīng)的四波混頻技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向,簡單介紹了電磁誘導(dǎo)吸收光柵這一特殊的四波混頻過程。在此基礎(chǔ)上,重點(diǎn)介
2、紹了我們實(shí)驗(yàn)小組在基于原子相干效應(yīng)方面開展的實(shí)驗(yàn)和理論研究工作,主要包括:雙色耦合場作用于EIT系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)過程的理論計(jì)算,駐波耦合場作用于不同原子能級上的相干輻射的實(shí)驗(yàn)研究及理論分析;在原子氣體中,首次提出了在相位失配情況下,反常色散補(bǔ)償相位失配的理論,詳細(xì)分析了四光子相互作用過程;更進(jìn)一步地,實(shí)驗(yàn)上研究了在不同簡并二能級系統(tǒng)中(Fg>Fe,F(xiàn)g=Fe和Fg<Fe),實(shí)現(xiàn)相干反射的條件。具體內(nèi)容如下:
1)從理論上研究了雙色
3、耦合場作用于Λ型EIT系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)過程,給出了原子與探針場作用的密度算符的通解形式。在此基礎(chǔ)上,詳細(xì)討論了特殊情況下,即在駐波耦合場條件下,原子介質(zhì)對探針場的吸收和色散特性,發(fā)現(xiàn)當(dāng)只有向前耦合場作用時(shí),原子對探針場的吸收很弱,色散特性為正常色散,即典型的EIT現(xiàn)象;而加入向后耦合場后,原子對探針場的吸收增強(qiáng),色散由正常色散變?yōu)榉闯I?。由于原子對探針場產(chǎn)生吸收,導(dǎo)致在此過程中可能會(huì)出現(xiàn)高階非線性相干效應(yīng)(多波混頻),從而產(chǎn)生新的光場。<
4、br> 2)在實(shí)驗(yàn)上,觀察了當(dāng)向后耦合場從無到有時(shí),探針場由透明向吸收增強(qiáng)的轉(zhuǎn)變過程,證實(shí)了理論的分析。研究了在三能級銫原子氣體系統(tǒng)中,當(dāng)作用光場不滿足相位匹配條件(或Bragg反射條件)的情況下,即wc>wp,實(shí)驗(yàn)上仍然獲得了高效率的相干反射場,并在理論上首次提出反常色散補(bǔ)償相位失配的理論,很好地解釋了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
3)為了進(jìn)一步驗(yàn)證理論的適用性,依然在Λ型三能級系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)換耦合光場和探針場的作用能級,即wc<wp,實(shí)驗(yàn)研究
5、了在相位匹配角度(θ0=0.42°)下的相干反射情況,并測量了輻射場隨探針場與耦合場夾角的變化關(guān)系,分別討論了在相位匹配和相位失配兩種情況下的四波混頻過程,即四光子相互作用過程,而色散補(bǔ)償理論同樣很好地詮釋了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并且在較寬的耦合場頻率失諧范圍內(nèi),都能得到效率較高的輻射信號(hào),這為實(shí)現(xiàn)多通道量子信息處理提供了更多選擇。
4)在實(shí)驗(yàn)和理論上研究了在簡并二能級系統(tǒng)中(wc=wp),不同塞曼子能級結(jié)構(gòu)時(shí)(Fg>Fe,Eg=Fe和F
6、g<Fe)的相干反射情況,提出對于簡并二能級原子系統(tǒng),只有在相干布居俘獲條件下,基態(tài)子能級之間形成穩(wěn)定的相干性,才能產(chǎn)生相干反射信號(hào),并比較了光場頻率在雙光子失諧和共振下的相干輻射情況,進(jìn)一步擴(kuò)展了基于原子非線性效應(yīng)的相干輻射的應(yīng)用范圍。
其中創(chuàng)新性的工作包括:
?、?在熱原子系統(tǒng)中,當(dāng)耦合場和探針場頻率不滿足相位匹配條件(或Bragg反射條件)時(shí),實(shí)驗(yàn)上依然獲得了高效率的相干反射信號(hào),研究了在不同駐波條件下,相干反射
7、場隨探針場頻率的變化情況;理論上,提出了反常色散補(bǔ)償相位失配的理論。
?、?基于色散補(bǔ)償理論,比較了耦合場和探針場頻率在滿足和不滿足相位匹配條件下,相干輻射信號(hào)的變化規(guī)律;實(shí)驗(yàn)研究了向前、向后耦合場在相干輻射過程中光強(qiáng)的變化,分析了四光子相互作用物理機(jī)制,即在相互作用過程中,原子吸收一個(gè)探針光子和一個(gè)反向傳播的耦合光子,同時(shí)又輻射一個(gè)同向傳播的耦合光子和一個(gè)反向傳播的信號(hào)光子(四波混頻場光子)。在理論擬合中,提出并應(yīng)用了有效長度
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