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多能级冷原子系统中超慢光孤子的研究

作　者: 王猛
导　师: 杨晓雪
学　校: 华中科技大学
专　业: 光学
关键词: 光孤子电磁感应透明冷原子介质非线性薛定谔方程
分类号: O437
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 31次
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内容摘要

1834年,约翰·罗素在水波中发现了孤子(Soliton),孤子具有的一系列有趣的性质很快吸引了大量的研究人员对其进行探索,有关孤子的研究也成为各个学科领域的研究热点。孤子是自然界一种相当普遍的非线性现象,当脉冲在非线性介质中传播时,介质的群速度色散效应会使脉冲展宽,而非线性效应则会压缩脉冲的宽度。在适当的条件下,色散效应和非线性效应达到平衡,使得脉冲包络在传播过程中保持不变,即使在发生彼此碰撞后仍能保持各自的形状和速度不发生变化。正是这种类似于粒子的特性使得孤子在很多领域都有着重要的应用前景。光孤子是光脉冲在非线性介质中传播时形成的孤子。其中,光纤孤子在光通信领域可以作为一种理想的信息载体,因此,有关光纤孤子的研究和应用一直是孤子研究的热点课题。近年来,随着人们对冷原子介质与光场的相互作用研究的深入,冷原子介质中光孤子的形成与传播逐渐引起了人们的注意。冷原子介质中形成的光孤子,有一个显著的性质就是其群速度要远远小于真空光速。本论文将采用半经典的理论方法研究一个多能级冷原子系统中超慢光孤子的形成及其传播规律。具体内容如下:我们首先描述了光场在冷原子介质中传播时产生的电磁感应透明效应,研究了由于电磁感应透明导致的超慢光速传输、非线性效应增强等有趣现象。接着,我们以三能级Λ?型和寿命展宽的四能级冷原子系统为例简单介绍了超慢光孤子的形成与传播规律。最后,我们重点研究了一个五能级倒Y ?型冷原子系统中的超慢光孤子。我们从该五能级原子模型的哈密顿量出发,得到了原子的动力学方程和探测脉冲的演化方程,在考虑了探测场传播过程中的非线性效应后,我们证明了在该原子系统中可以形成暗孤子和亮孤子,且这些孤子具有超慢的群速度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
1 绪论  7-17
  1.1 孤子研究历史及其发展  7-8
  1.2 光孤子  8-16
  1.3 本论文的结构  16-17
2 冷原子介质中的电磁感应透明  17-25
  2.1 引言  17
  2.2 冷原子介质中的电磁感应透明  17-25
3 冷原子介质中的超慢光孤子  25-34
  3.1 三能级Λ?型原子系统中超慢光孤子  25-29
  3.2 四能级原子系统中的超慢光孤子  29-33
  3.3 本章小结  33-34
4 五能级倒Y-型原子系统中的超慢光孤子  34-43
  4.1 引言  34
  4.2 理论模型  34-39
  4.3 非线性动力学方程和光孤子  39-41
  4.4 本章小结  41-43
致谢  43-44
参考文献  44-47

多能级冷原子系统中超慢光孤子的研究

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