熱原子的高分辨率光譜及偏振調(diào)制四波混頻的研究.pdf

1、熱原子蒸氣是激光光譜實(shí)驗(yàn)中常用的光學(xué)介質(zhì)。通常情況下，因?yàn)闊嵩娱g的碰撞、原子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)等原因會(huì)使譜線增寬，導(dǎo)致光譜的分辨率下降。提高熱原子光譜的分辨率可以有許多方法，如飽和吸收光譜技術(shù)、雙光子光譜的消多普勒技術(shù)等。本文主要討論熱原子的Dicke窄化光譜和偏振調(diào)制四波混頻(PMFWM)光譜。 全文共分五章： 第一章：緒論。主要介紹與本文相關(guān)的激光光譜、電磁感應(yīng)透明(EIT)及四波混頻(FWM)的發(fā)展。

2、第二章：基本理論。主要介紹激光光譜學(xué)的吸收和色散等基本概念以及常用的理論如偶極近似、密度矩陣方程等。 第三章：受限熱原子的高分辨率光譜。分析了通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)平行平面電介腔的超薄樣室(ETC)實(shí)現(xiàn)高分辨光譜的方法。當(dāng)ETC中充以稀薄熱原子蒸氣時(shí)，原子的平均自由程與其所處容器的幾何形狀有關(guān)，可使原子的平均自由程表現(xiàn)為各向異性。以較大速度沿平行于電介質(zhì)表面飛行的原子，不會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。而在兩壁間往返飛行的原子和探測(cè)光場(chǎng)之間的相互作用是

3、一種瞬態(tài)機(jī)制。因此在很多情形下會(huì)出現(xiàn)亞多普勒結(jié)構(gòu)(Dicke窄化)的單光子吸收光譜及選擇反射光譜。如果滿(mǎn)足雙光子光譜的消多普勒配置，則Dicke窄化光譜可以取得極高的分辨率。因此在實(shí)驗(yàn)上可以以一個(gè)簡(jiǎn)單的受限熱原子系統(tǒng)替代昂貴的冷原子囚禁系統(tǒng)得到高分辨率的光譜。 第四章：電磁感應(yīng)透明(EIT)。由于ETC中熱原子的消激發(fā)效應(yīng)和慢原子效應(yīng)的增強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)消多普勒增寬。在抽運(yùn)光作用于系統(tǒng)的情況下，探測(cè)光使得ETC中處于定態(tài)的基態(tài)慢原子

4、演化為另一個(gè)基態(tài)的布居。這種相干的相位布居所產(chǎn)生的偶極矩與僅探測(cè)光作用于系統(tǒng)時(shí)產(chǎn)生的偶極矩大小相等方向相反，因此可以認(rèn)為EIT來(lái)自于斯塔克分裂以及由于抽運(yùn)光產(chǎn)生的兩個(gè)綴飾態(tài)之間的量子干涉效應(yīng)。而ETC中慢原子效應(yīng)的增強(qiáng)，使多能級(jí)原子系統(tǒng)產(chǎn)生了高分辨率的EIT峰和超慢光效應(yīng)。 第五章：偏振調(diào)制四波混頻(PMFWM)。EIT窗中的FWM信號(hào)在熱原子樣品池里可以低損耗地傳播，從而形成高效率的FWM信號(hào)。探測(cè)光及抽運(yùn)光的偏振對(duì)EIT特別

5、是FWM信號(hào)有調(diào)制作用。當(dāng)探測(cè)光水平偏振或抽運(yùn)光垂直偏振時(shí)，EIT窗中的FWM信號(hào)均具有較大的幅度。改變探測(cè)光或抽運(yùn)光的偏振均可改變FWM信號(hào)的強(qiáng)度。 與非綴飾四波混頻(NDFWM)信號(hào)的強(qiáng)度相比，單綴飾光作用下的四波混頻信號(hào)(SDFWM)的強(qiáng)度在偏振調(diào)制光為線偏振及橢圓偏振的情況下受到了不同程度的抑制。而雙綴飾四波混頻(DDFWM)信號(hào)在受到綴飾光的偏振調(diào)制時(shí)均可產(chǎn)生抑制。另外，綴飾場(chǎng)除了對(duì)輸出光強(qiáng)有抑制作用以外，還能改變輸出

6、光的偏振狀態(tài)。因此可以有效地通過(guò)偏振調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)四波混頻信號(hào)的抑制或增強(qiáng)的操控。 與“宏觀”樣室相似，ETC的使用所形成的雙綴飾EIT(DDEIT)及單綴飾FWM(SDFWM)信號(hào)分別具有明顯的斯塔克分裂及Autler—Townes(AT)分裂以及抽運(yùn)光產(chǎn)生的綴飾態(tài)的相干效應(yīng)。由于ETC中處于暗態(tài)的超慢原子貢獻(xiàn)的增強(qiáng)，以及基態(tài)原子相干馳豫時(shí)間的增大，多個(gè)超窄EIT峰可以在受限的多能級(jí)原子系統(tǒng)中產(chǎn)生。因?yàn)橄嗥绽盏呐渲煤驮优c