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原子系统中自发辐射相干现象的研究

作　者: 李爱军
导　师: 高锦岳
学　校: 吉林大学
专　业: 光学
关键词: 多普勒加宽 相干效应 原子系统 荧光谱 粒子数分布 辐射光谱 光谱特征 缀饰态 原子相干 相干场
分类号: O431.2
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


原子相干作为量子光学中重要的基本物理现象之一,自60年代以来就一直得到人们的广泛关注。自发辐射相干(Spontaneously Generated Coherence),简称SGC,就是一个非常重要的原子相干效应。自发辐射相干能够引起一系列不寻常的新现象,如无反转激光(LWI:Lasing Without Inversion),无吸收高折射率,精密光谱学及磁力计,量子信息计算等。近年来,大量的理论工作研究了自发辐射相干效应,并预言自发辐射相干能够产生许多有趣的现象,例如光谱中的暗线,光谱线增强、光谱线抑制,荧光淬灭,自发辐射和吸收光谱的位相敏感性等光谱特征。本论文就是在原子相干的基础上,结合以前自发辐射相干方面的理论工作,提出一种可行的原子模型并分析其有趣的光谱特征,为了更好的指导实验,本文详细分析了多普勒效应对于自发辐射相干的影响,此外,本文还进一步研究了微波场的振幅和位相对于自发辐射光谱的控制,并对自发辐射相干现象进行了深入的理论研究。本论文共分五个部分,具体内容如下:第一部分:介绍量子相干及由量子相干引起的各种重要的物理效应。介绍几种不同的产生原子相干的方法,光学相干烧孔现象研究的历史和现状,双暗态现象研究的历史和现状。第二部分:介绍处理光与物质相互作用问题的相关理论工具。首先从理论上介绍描述量子系统的三种基本图像,处理光与物质相互作用问题的半经典理论,分析原子相干现象常用的缀饰态理论,以及计算荧光谱和吸收谱的拉普拉斯变换方法。在实验基础部分中介绍了影响实验结果的各个因素,实验中使用的仪器设备,以及实验过程中应该注意的问题。作为本论文的理论及实验基础。第三部分:提出一种实验上可行的四能级原子模型并研究该原子系统中的自发辐射相干现象,详细分析了自发辐射光谱特征,以及外加场对于自发辐射相干光谱的调控。第四部分:研究了多普勒加宽原子系统中的自发辐射相干现象,分析多普勒加宽对于自发辐射光谱的影响,为热原子中开展自发辐射实验提供参考。第五部分:调查了微波场的位相和振幅对于自发辐射相干现象的控制,由于微波场的可调节性,使得自发辐射光谱的调节更加方便可行。上述研究内容对自发辐射在无反转光放大,无吸收高折射率,精密光谱学,量子信息计算等领域的应用具有一定的指导意义。本论文为今后的实验研究提供了准确详细的数据参考。

全文目录


提要  4-9
第一章 绪论  9-25
  1.1 几种不同类型的原子相干及其研究的历史和现状  10-18
    1.1.1 弱磁场感应的原子相干  10-12
    1.1.2 强激光场感应的原子相干  12-14
    1.1.3 真空辐射场感应的原子相干  14-17
    1.1.4 微波场感应的原子相干  17-18
  1.2 气体光谱的主要加宽机制  18-22
    1.2.1 多普勒加宽  18-20
    1.2.2 碰撞加宽  20-21
    1.2.3 渡越时间加宽  21-22
    1.2.4 功率加宽  22
  1.3 本论文的主要内容及意义  22-25
第二章 研究原子相干现象的理论工具  25-55
  2.1 描述量子系统的三种基本图象  26-29
  2.2 光与物质相互作用的半经典理论  29-37
  2.3 光与物质相互作用的全量子理论  37-45
  2.4 缀饰态理论  45-51
  2.5 求解吸收系数及荧光系数的拉氏变换法  51-55
第三章 四能级原子系统中自发辐射相干效应的研究  55-71
  3.1 引言  55-56
  3.2 原子模型及理论分析  56-63
    3.2.1 自发辐射荧光谱的计算  56-59
    3.2.2 部分缀饰态表象分析  59-61
    3.2.3 全缀饰态表象分析  61-63
  3.3 外加相干场的失谐以及拉比频率对自发辐射荧光谱的影响  63-66
  3.4 相干粒子数俘获条件下自发辐射荧光谱的特点  66-67
  3.5 各能级粒子数随时间的动力学演化规律  67-68
  3.6 本章小结  68-71
第四章 原子系统中多普勒加宽对自发辐射相干效应的影响  71-89
  4.1 引言  71-72
  4.2 能级模型及理论分析  72-75
    4.2.1 无多普勒加宽系统中的自发辐射荧光谱  72-74
    4.2.2 多普勒加宽系统中的自发辐射荧光谱  74-75
  4.3 相干粒子数俘获条件的分析与讨论  75-78
  4.4 多普勒加宽对于自发辐射荧光谱的影响  78-86
  4.5 本章小结  86-89
第五章 微波场驱动原子系统中自发辐射相干效应的控制  89-105
  5.1 引言  89-91
  5.2 能级模型及理论分析  91-95
  5.3 自发辐射光谱中的量子干涉现象  95-98
  5.4 微波场的振幅和位相对自发辐射光谱的调控  98-99
  5.5 各能级粒子数分布的动力学演化过程  99-101
  5.6 缀饰态表象分析  101-103
  5.7 本章小结  103-105
论文总结  105-109
参考文献  109-123
中文摘要  123-139
Abstract  139-155
博士期间发表论文  155-157
致谢  157

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 光本性的理论 > 量子光学
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