相干原子介質(zhì)中一些非線性現(xiàn)象研究.pdf

1、激光器發(fā)明以來(lái)，非線性光學(xué)的研究引起人們極大的關(guān)注。眾所周知，當(dāng)光場(chǎng)與介質(zhì)之間共振相互作用時(shí)，也就是入射光的頻率等于介質(zhì)的固有頻率，即使較弱的入射光也能產(chǎn)生很強(qiáng)的非線性效應(yīng)，但由于介質(zhì)對(duì)入射光場(chǎng)較強(qiáng)的吸收，人們只能利用強(qiáng)激光與介質(zhì)的非共振相互作用來(lái)獲得較強(qiáng)的非線性效應(yīng)。直到相干共振原子介質(zhì)中電磁感應(yīng)透明(Electromagnetically Induced Transparency-EIT)與主動(dòng)拉曼增益(Active Raman G

2、ain-ARG)現(xiàn)象的提出，才扭轉(zhuǎn)了這種局勢(shì)。EIT不僅可使主動(dòng)介質(zhì)中非線性極化率的共振增強(qiáng)，而且還可以減少介質(zhì)對(duì)光的吸收，實(shí)現(xiàn)超慢光傳播；ARG在使非線性極化率共振增強(qiáng)的同時(shí)，介質(zhì)不僅不會(huì)對(duì)光有任何吸收，而且還會(huì)有部分增益，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)超光速傳播。這些相干共振原子系統(tǒng)的新奇特性吸引了大家的關(guān)注。
　　雖然這幾年對(duì)該系統(tǒng)已有一些研究，主要集中在線性現(xiàn)象、非線性傳播特性等方面，但利用該系統(tǒng)的特性設(shè)計(jì)一些有深刻物理意義的模型或具有潛在

3、應(yīng)用價(jià)值的體系仍在起步階段，有關(guān)的理論問(wèn)題還需要進(jìn)一步的探索和完善。
　　本文利用近年我們小組發(fā)展的共振非線性光學(xué)多重尺度方法和數(shù)值模擬手段，對(duì)相干原子介質(zhì)中的光學(xué)特性進(jìn)行了深入研究。首先研究了N-型ARG原子介質(zhì)中的光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)特性，然后在EIT系統(tǒng)中構(gòu)造了parity-time(PT)模型，研究了該系統(tǒng)中光場(chǎng)的安德森局域態(tài)和孤子。主要內(nèi)容有：
　　1、研究了ARG原子介質(zhì)在單向環(huán)形腔中的光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)。該系統(tǒng)是一個(gè)相干共振的N

4、-型四能級(jí)原子系統(tǒng)，可在室溫下實(shí)現(xiàn)，有能級(jí)失諧量、原子數(shù)密度、泵浦場(chǎng)、控制場(chǎng)等較多的可調(diào)參數(shù)，且有無(wú)增益的透明窗口。我們完全通過(guò)解析方法定量給出實(shí)現(xiàn)光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)的條件以及可調(diào)參數(shù)的取值范圍，并進(jìn)一步給出實(shí)現(xiàn)光學(xué)多穩(wěn)態(tài)的條件，為實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)與多穩(wěn)態(tài)提供了理論依據(jù)。
　　2、研究了EIT系統(tǒng)中非線性PT模型的一些特性。該系統(tǒng)是一個(gè)N-型四能級(jí)原子系統(tǒng)，外加一束大失諧的激光場(chǎng)。利用輔助場(chǎng)與大失諧激光場(chǎng)提供的外勢(shì)，我們?cè)谠撓到y(tǒng)中獲得

5、了探測(cè)場(chǎng)包絡(luò)滿足的非線性薛定諤方程，包含衍射項(xiàng)，克爾非線性項(xiàng)，具有隨機(jī)勢(shì)的PT對(duì)稱周期外勢(shì)項(xiàng)，小的損耗項(xiàng)。PT勢(shì)通過(guò)附加的輔助場(chǎng)和大失諧的激光場(chǎng)產(chǎn)生，非線性系數(shù)和PT勢(shì)可通過(guò)改變失諧量、場(chǎng)強(qiáng)等系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)。我們不僅可以實(shí)現(xiàn)線性的安德森局域態(tài)和各種孤子，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)非線性參數(shù)進(jìn)一步給出局域態(tài)與孤子的關(guān)系。同時(shí)，我們通過(guò)線性穩(wěn)定性分析給出孤子的穩(wěn)定區(qū)間。利用該系統(tǒng)不僅可實(shí)現(xiàn)PT模型，而且還能得到各種安德森局域態(tài)和孤子，并對(duì)它們的性質(zhì)做詳細(xì)