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掺镨硅酸钇晶体中光脉冲信息的相干控制

作　者: 王海华
导　师: 高锦岳
学　校: 吉林大学
专　业: 光学
关键词: 光脉冲 相干场 光信息存储 存储时间 原子相干 擦除 晶体 探测场 光存储 存储信息
分类号: O431.2
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


近二十年来,原子相干效应一直是量子光学领域的研究热点。许多热门课题,如:相干粒子数俘获,电磁感应光透明,无反转激光,光群速度减慢,光脉冲存储等,均是以原子相干效应为基础的。很长时间以来人们关注的焦点一直是原子气体中的原子相干效应的理论和实验研究。自从1997年Yang Zhao首次在红宝石晶体中观察到电磁感应光透明以后,固体材料中的原子相干效应开始引起了人们的浓厚兴趣。本文就是在原子相干的基础上,通过实验方法研究Pr:YSO晶体中光脉冲信息的存储、选择性释放和控制性擦除。本论文共分五个部分,具体内容如下:第一部分:介绍几种不同的产生原子相干的方法,原子气体和固体材料中原子相干效应的研究历史和现状。第二部分: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和全量子理论,分析原子相干现象常用的缀饰态理论。第三部分:在四能级双lambda系统的Pr:YSO晶体中,实验上研究光信息在两个不同通道之间的转换。在电磁感应光透明的条件下,一个弱的探测脉冲通过晶体时,其群速度将被减慢,实验上观测到了75m/s的群速度。当慢光脉冲在晶体内部传输时,通过绝热的关断相干场,探测脉冲的部分相干光学信息将存储于晶体内部。在光信息释放的过程中,通过改变开启相干场的频率和方向,存储的光信息以两个不同频率和方向的光脉冲选择性的释放,从而实现光信息在两个不同通道之间的转换。将一个通道的信息存储,再根据人们的实际需要,选择性地将信息释放进入不同的通道,这在信息处理领域有着实际的应用价值。第四部分:实验上研究Pr:YSO晶体中存储光信息的可控制性擦除。在电磁感应光透明的条件下,通过绝热地关断和开启相干场,实现了弱光脉冲在晶体内部的存储和释放。在存储的过程中,施加一个擦除脉冲破坏存储信息的原子自旋相干,重新释放的光脉冲能量会明显的减少,从而实现了存储光脉冲的擦除。这种对存储信息擦除的擦除效率取决于擦除脉冲的能量。只要擦除脉冲的能量一定,一个强的短的擦除脉冲和一个弱的长的擦除脉冲有相同的擦除效率。并且在固定的擦除脉冲能量情况下,擦除效率不会随着存储时间的变化而变化。实验上我们最大获得了85%的擦除效率。存储光信息的擦除在量子信息和全光网络中有实际的应用价值。第五部分:基于部分受激拉曼绝热过程产生的原子相干,实验上研究Pr:YSO晶体中光信息的存储和选择性释放。在典型的三能级lambda系统的Pr:YSO晶体中,利用具有相同时间后沿的控制脉冲和探测脉冲在基态的两个下能级之间制备大的原子自旋相干。在控制脉冲的帮助下,探测脉冲在晶体内传播时留下烙印,其信息以原子自旋相干的形式被晶体所存储和记录。经过一段存储时间,开启读取脉冲,存储信息的原子相干转化为光脉冲释放。改变读取脉冲的频率,释放的光脉冲可以具有不同的频率。实验上显示只有两个脉冲具有相同时间后沿的情况下才能有效地存储光脉冲信息,释放的光脉冲幅度最大。这种新型的光存储在光通信和光学数据处理等方面有潜在的应用价值。

全文目录


提要  4-8
第一章 绪论  8-32
  1.1 几种不同类型的原子相干效应  9-17
  1.2 原子气体中的光速减慢和光存储  17-22
  1.3 固体材料中的原子相干效应  22-29
  1.4 本论文的主要内容及意义  29-32
第二章 研究原子相干现象的理论工具  32-58
  2.1 描述量子系统的三种基本图象  32-36
  2.2 光与物质相互作用的半经典理论  36-44
  2.3 光与物质相互作用的全量子理论  44-52
  2.4 缀饰态理论  52-58
第三章 Pr:YSO 晶体中光信息在两个光通道之间的转换  58-77
  3.1 引言  58-59
  3.2 硅酸钇晶体的优点  59-60
  3.3 Pr:YSO 晶体的光谱结构  60-64
  3.4 实验仪器介绍  64-66
  3.5 光学非均匀加宽吸收谱线的测量  66-67
  3.6 离子能级和脉冲序列  67-70
  3.7 实验装置  70-72
  3.8 实验结果及分析  72-76
  3.9 本章小结  76-77
第四章 Pr:YSO 晶体中存储光信息的可控制性擦除  77-93
  4.1 引言  77-78
  4.2 离子能级和实验装置  78-80
  4.3 脉冲序列  80-82
  4.4 实验结果及分析  82-91
  4.5 本章小结  91-93
第五章 Pr:YSO 晶体中基于F-STIRAP 的光信息存储和选择性释放  93-107
  5.1 引言  93-94
  5.2 离子能级和脉冲序列  94-97
  5.3 实验装置  97-99
  5.4 实验结果及分析  99-106
  5.5 本章小结  106-107
论文总结  107-110
参考文献  110-124
中文摘要  124-140
英文摘要  140-157
发表论文情况  157-160
致谢  160

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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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