真空輻射背景下原子系統(tǒng)的光學性質.pdf

1、自70年代以來，作為量子光學中非常重要的基本物理現象，原子相干引起了人們的極大關注。真空場誘導相干(Vacuum Induced Coherence，簡稱VIC)就是一個重要的原子相干效應。這種相干效應主要是接近簡并的能級與另外相同能級構成的躍遷與相同的真空輻射場相互作用形成的。真空場誘導相干能夠引起原子光譜一系列的變化，特別是對電磁誘導透明(Electromagnetically Induced Transparency，簡稱EIT)

2、的影響尤為突出。因為電磁誘導透明就是通過外加相干場來誘導原子系統(tǒng)的相干性從而使探測光不被該原子系統(tǒng)吸收的物理現象。近年來，很多科學工作者對真空場誘導相干效應作了大量的研究，并發(fā)現真空場誘導相干能夠產生很多有趣的現象，譬如粒子數捕獲、無反轉增益、無吸收高折射率、自發(fā)輻射的干涉相消和干涉相長、共振熒光、光速減慢等等。本論文就是在電磁誘導透明研究的基礎上，結合以前真空輻射場方面的理論工作，提出實驗室可行的原子模型并分析其有趣的光譜特征。為了更

3、好地指導實驗，本論文詳細討論了真空場誘導相干對梯形四能級原子系統(tǒng)中單光子和雙光子透明的影響。另外，本論文還首次在人型三能級原子系統(tǒng)中研究了壓縮真空場對原子系統(tǒng)瞬態(tài)響應過程的影響。本論文的具體內容如下：
　　 本論文的第一章，主要介紹了電磁誘導透明和真空場誘導相干的基本原理、研究進展等背景知識。
　　 在第二章，首先介紹研究光與物質相互作用所需的三種基本繪景，并指出它們之間的關聯。接著，利用光與物質相互作用的半經典理論，分

4、別推導了二能級原子系統(tǒng)和三能級原子系統(tǒng)中原子的哈密頓量、幾率振幅以及密度矩陣方程。在第二章中我們還通過綴飾態(tài)、暗態(tài)和密度矩陣方程等三種方法來對EIT進行解釋。
　　 第三章，我們提出一個新的梯形四能級原子模型，包含了能夠引起EIT的兩種最基本結構：V型能級和Λ型能級。當該原子系統(tǒng)的中間兩個能級分別與真空輻射場相互作用耦合到基態(tài)和激發(fā)態(tài)時，自發(fā)衰變路徑間的量子干涉效應導致了V型和Λ型的VIC。我們分別討論了這兩種類型的VIC對單光

5、子和雙光子電磁誘導透明的影響，并發(fā)現Λ型的VIC增強雙光子的吸收，而對單光子的吸收幾乎無影響；V型的VIC抑制單光子和雙光子的吸收。
　　 第四章，我們將首次在含時情況下研究壓縮真空場對Λ型三能級原子系統(tǒng)中吸收譜和粒子數布居的影響。通過對比壓縮真空場和VIC對原子系統(tǒng)瞬時吸收特性的影響，我們發(fā)現，在弱探測場情況下，瞬時吸收和增益、吸收譜穩(wěn)態(tài)值以及達到穩(wěn)定的響應時間等可以通過壓縮真空場來調節(jié)和控制。還討論不同的初始條件下原子系統(tǒng)粒