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用光学手段对多能级原子系统吸收性质的研究

作　者: 罗光礼
导　师: 侯邦品
学　校: 四川师范大学
专　业: 理论物理
关键词: 四能级原子系统 电磁诱导透明 非逆转激光增益 空场诱导相干性
分类号: O562
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


在共振条件下,作用到原子系统的探测光场将被吸收。在20世纪90年代人们发现当用另外一束较强的光场同时作用到该原子系统上时,探测光场则不被原子系统吸收,这就是电磁诱导透明现象。人们利用电磁诱导透明现象发现许多有许多重要的物理应用。譬如,可以实现粒子数非逆转增益现象,这样克服传统的粒子数逆转增益中的能量损耗;利用在发生电磁诱导透明现象时原子的色散随光场频率的急剧变化性质,可以实现光场在原子气体中的速度超慢或者停止,这在量子信息储存中有重要应用;另外,利用电磁诱导透明现象可以实现低光子水平下的巨非线性光,这对于制造全光学开关等方面有重要的应用。在研究电磁诱导透明现象应用的同时,人们又从最简单的三能级原子系统推广到多能级原子系统。主要研究了在相干光场或系统环境空场作用下的多能级系统的吸收性质。我们发现该多能级系统不仅出现单重或多重电磁诱导透明现象,而且还会出现粒子布居数非逆转的激光增益。这不仅有助于研究原子系统的基本性质,同时对实现多通道光信息传输和激光的产生都有重要作用。论文的结构安排如下:第一章主要系统介绍了基于原子相干性的物理现象。回顾了电磁诱导透明的理论发展和实验进展,以及它的主要应用。第二章以二能级原子为例,介绍光场与原子系统相互作用的半经典理论。第三章分别介绍三种三能级系统(Λ, V和Ξ型)的能级结构,Hamiltonian量及密度矩阵运动方程。同时,比较三种三能级原子系统的电磁诱导透明现象。第四章介绍V型四能级系统在相干外场作用下对探测光吸收性质的影响。最后一章阐述了在倒三角架型四能级系统中多重空场诱导相干性对探测光吸收性质的影响。本论文中具有创新性的工作如下:1、我们讨论了在相干外场作用下,V型四能级系统对探测光吸收性质的影响,结果发现该方案不仅克服了传统获得激光增益的不足之处,而且容易在物理实验上实现。2、首次讨论倒三角架型四能级系统中多重空场诱导相干性对双重电磁诱导透明谱的影响。我们发现不同的空场诱导相干性对透明谱的影响不同,同时在不同的频率范围内实现了激光增益。

全文目录


摘要  3-5
英文摘要  5-9
第一章 引言  9-13
  1.1 基于原子相干性所表现的物理现象  9-10
  1.2 电磁诱导透明的主要应用  10-12
  1.3 本论文的结构安排  12-13
第二章 光场与原子介质相互作用的半经典理论  13-19
  2.1 光与二能级原子系统相互作用的HAMILTONIAN 量及其运动方程  13-16
  2.2 光场驱动的二能级原子系统RABI振荡及其吸收和色散性质  16-19
第三章 三能级原子系统的电磁诱导透明现象  19-32
  3.1 各种三能级原子系统的HAMILTONIAN 量和密度矩阵运动方程  19-26
    3.1.1 Λ型三能级原子系统Hamiltonian 量和密度矩阵运动方程  19-22
    3.1.2 V 型三能级原子系统Hamiltonian 量和密度矩阵运动方程  22-24
    3.1.3 Ξ型三能级原子系统Hamiltonian 量和密度矩阵运动方程  24-26
  3.2 电磁诱导透明现象  26-29
    3.2.1 电磁诱导透明现象  26-27
    3.2.2 电磁诱导透明现象的解释  27-29
  3.3 三种三能级原子系统吸收和色散性质的比较  29-32
第四章 在相干外场作用下的V 型四能级原子对探测光吸收性质的研究  32-40
  4.1 引言  32-33
  4.2 物理模型和运动方程  33-35
  4.3 性质讨论  35-39
  4.4 结论  39-40
第五章 倒三脚架型原子系统中多重空场诱导相干性对光吸收性质影响  40-48
  5.1 引言  40-41
  5.2 模型与运动方程  41-43
  5.3 性质讨论  43-48
全文总结  48-49
参考文献  49-55
致谢  55-56
硕士研究生期间完成的论文  56

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 分子物理学、原子物理学 > 原子物理学
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