冷原子介質(zhì)中的標(biāo)量和矢量時(shí)間光孤子.pdf

1、近年來(lái)，隨著對(duì)電磁感應(yīng)透明(Electromagnetically Induced Transparency，EIT)效應(yīng)研究的深入，相干介質(zhì)中弱光非線性光學(xué)現(xiàn)象已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。正是基于EIT條件下顯著增強(qiáng)的非線性效應(yīng)，人們提出了利用高共振相干介質(zhì)與弱激光場(chǎng)相互作用產(chǎn)生光孤子的研究方案。
　　 本論文通過(guò)討論光場(chǎng)與高共振相干介質(zhì)的非線性相互作用，采用半經(jīng)典的理論方法系統(tǒng)研究了不同能級(jí)結(jié)構(gòu)的冷原子介質(zhì)中標(biāo)量和矢量時(shí)間光孤

2、子的形成過(guò)程和傳播特性。具體研究?jī)?nèi)容和取得的研究成果如下：
　　 (1)研究了一束弱脈沖探測(cè)場(chǎng)與一個(gè)雙EIT 四能級(jí)Y 型冷原子系統(tǒng)的非線性相互作用，利用多重尺度法求解系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，得到了描述探測(cè)場(chǎng)在介質(zhì)中演化的非線性薛定諤方程，研究表明系統(tǒng)中能夠形成慢光標(biāo)量時(shí)間暗、亮孤子。
　　 (2)分析了五能級(jí)超倒Y 型冷原子系統(tǒng)中超慢標(biāo)量時(shí)間光孤子的形成過(guò)程和傳播特性，研究顯示該原子介質(zhì)有著奇特的吸收和色散性質(zhì)，存在廣泛的參

3、量范圍使得探測(cè)場(chǎng)能夠近透明地在其內(nèi)部傳播，因此可通過(guò)參數(shù)管理控制系統(tǒng)中超慢標(biāo)量時(shí)間暗、亮光孤子的產(chǎn)生、傳播及轉(zhuǎn)換。
　　 (3)探討了四能級(jí)倒Y 型冷原子系統(tǒng)中的慢光兩耦合矢量時(shí)間孤子的形成和傳播，通過(guò)求解系統(tǒng)的密度矩陣方程和麥克斯韋方程，推導(dǎo)出了描述弱信號(hào)場(chǎng)兩個(gè)極化分量演化的兩耦合非線性薛定諤方程，并得到了不同類(lèi)型的矢量時(shí)間光孤子，包括亮-亮、暗-暗孤子等。研究表明，系統(tǒng)中色散、自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制效應(yīng)相互作用并達(dá)到平衡導(dǎo)

4、致了矢量孤子的產(chǎn)生，并證明通過(guò)調(diào)節(jié)這些效應(yīng)可以在該倒Y 型冷原子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)可積的Manakov模型。
　　 (4)研究了Raman 激勵(lì)下四能級(jí)Tripod 型冷原子介質(zhì)中超慢兩耦合矢量時(shí)間光孤子的形成，利用密度矩陣法處理了低強(qiáng)度信號(hào)場(chǎng)與系統(tǒng)的相互作用，研究表明信號(hào)場(chǎng)的兩個(gè)極化分量可以演化為具有超慢群速度的兩耦合矢量時(shí)間光孤子，并通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的色散、自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制效應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)Manakov 型矢量孤子。
　　

5、(5)分析了雙Raman 激勵(lì)下五能級(jí)M 型冷原子系統(tǒng)中產(chǎn)生超慢兩耦合矢量時(shí)間光孤子的可能性，通過(guò)概率幅方法對(duì)原子系統(tǒng)與兩束線偏振強(qiáng)連續(xù)控制場(chǎng)和一束弱脈沖信號(hào)場(chǎng)相互作用的處理，發(fā)現(xiàn)描述信號(hào)場(chǎng)兩個(gè)極化分量的麥克斯韋方程演化為兩耦合非線性薛定諤方程，該方程允許各種類(lèi)型的矢量孤子解，包括亮-亮、亮-暗、暗-亮、暗-暗孤子等。研究還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)控制場(chǎng)強(qiáng)度、失諧量等系統(tǒng)參數(shù)，能夠得到Manakov 型矢量時(shí)間孤子。
　　 (6)提出了理

6、論研究方案-五能級(jí)超V 型冷原子系統(tǒng)用于產(chǎn)生慢光兩耦合矢量時(shí)間孤子，系統(tǒng)中兩個(gè)能級(jí)躍遷由一束低強(qiáng)度線偏振脈沖探測(cè)場(chǎng)的兩個(gè)極化分量驅(qū)動(dòng)，其余兩個(gè)躍遷則由兩個(gè)控制激光場(chǎng)耦合。通過(guò)求解探測(cè)場(chǎng)的波動(dòng)方程和原子布居的概率幅方程，得到了描述探測(cè)場(chǎng)兩個(gè)極化分量演化的兩耦合非線性薛定諤方程，研究表明探測(cè)場(chǎng)能夠演變?yōu)楦鞣N類(lèi)型的矢量時(shí)間光孤子，包括亮-亮、亮-暗、暗-亮、暗-暗孤子等。并證明通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制和色散效應(yīng)，超V 型系統(tǒng)很容

7、易實(shí)現(xiàn)可積的Manakov模型。
　　 (7)提出了理論模型-Raman 激勵(lì)下的七能級(jí)3-¤型冷原子系統(tǒng)用于研究超慢三耦合矢量時(shí)間光孤子的形成過(guò)程和傳播特性，研究發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中引入的右旋或左旋圓偏振強(qiáng)連續(xù)控制場(chǎng)誘導(dǎo)出了量子相消干涉效應(yīng)，極大抑制了介質(zhì)對(duì)由同一束線性極化探測(cè)場(chǎng)轉(zhuǎn)化而來(lái)的?? (右旋)圓偏振光、? (線性)偏振光和?+(左旋)圓偏振光的吸收，同時(shí)增強(qiáng)了系統(tǒng)的非線性效應(yīng)。利用多重尺度法求解系統(tǒng)原子布居的概率幅方程和緩變包