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准∧型四能级系统的非线性效应研究

作　者: 崔志力
导　师: 张向阳
学　校: 江南大学
专　业: 光学工程
关键词: 准Λ型四能级量子干涉电磁诱导透明非线性效应相对相位相干布居转移慢光
分类号: O431.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

光与物质相互作用的非线性效应是当前国际上光学研究中重要而活跃的前沿领域之一,其目的就是深入揭示光波场与原子系统相互作用的物理本质。研究光与物质相互作用的非线性光学也是光子学与光子技术,以及纳米光子学与纳米光子技术的基础。本文主要应用四能级原子与外加光场的相互作用的密度矩阵方程,对基于量子相干的非线性效应进行了理论研究。当前外加相干光场与物质相互作用的非线性效应的理论和实验研究大都是基于多能级原子系统的量子相干效应,因此本文主要研究了准Λ型四能级原子系统与场相互作用而产生的两种不同的非线性效应。本文的主要内容包括:1.主要阐述了本文的立题意义,介绍了量子干涉和非线性光学的研究概况以及研究动态,并详细介绍了几种基于量子干涉的非线性效应,如相干布居俘获、电磁诱导透明、慢光传输以及光储存等。2.阐述了本文的理论基础,包括二能级原子能级与激光场的相互作用的半经典理论和全量子理论,并运用密度算符的方法导出各阶电极化率张量元的表达式。3.本章研究用非匹配高斯脉冲实现四能级准Λ型系统中的相干布居转移。从密度矩阵出发,用数值模拟的方法具体研究了耦合场、探测场、泵浦场拉比频率强度,失谐量以及自发辐射诱导相干(SGC)对布居转移率的影响。结果表明,选取合适的参数,基态的布居几乎可以全部被转移到目标态能级。4.在相互作用表象下,运用电偶极矩和旋转波近似及其密度矩阵方程理论,探讨了准Λ型能级系统中相干光场之间的不同的相对相位对探测光场的色散和吸收的影响。研究发现,原子能级系统的吸收和色散对相对相位的依赖具有延迟性;通过改变相对相位,可以实现探测光场的色散和吸收周期性的放大和减弱。当相对相位每变化周期π时,系统色散曲线会发生反转,系统呈现光学双稳态效应。5.综述了在准Λ型四能级原子系统中两种非线性效应的研究结果,提出了文章中的一些不足之处,最后展望了其在未来的研究和应用前景。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-13
  1.1 量子干涉概述  7-8
  1.2 非线性光学概述  8-9
  1.3 几种基于量子干涉的非线性效应  9-11
    1.3.1 相干布居俘获  9
    1.3.2 电磁诱导透明  9-11
    1.3.3 慢光传播和光存储  11
  1.4 论文的主要工作  11-13
第二章光与物质相互作用基础理论  13-29
  2.1 光与物质相互作用的半经典理论  13-21
    2.1.1 电偶极近似与原子系统哈密顿量  13-14
    2.1.2 单模场与二能级原子的相互作用  14-17
    2.1.3 二能级原子系统的密度矩阵  17-19
    2.1.4 慢变振幅近似  19-21
  2.2 光与物质相互作用的全量子理论  21-26
    2.2.1 原子系统与光场相互作用的总哈密顿量  21-23
    2.2.2 几率振幅法和旋转波近似  23-24
    2.2.3 原子系统全量子缀饰态  24-26
  2.3 非线性光学极化率  26-29
第三章用非匹配高斯脉冲实现相干布居转移  29-37
  3.1 系统模型和密度矩阵方程  29-31
  3.2 数值模拟及其结果讨论  31-36
    3.2.1 高斯脉冲的强度对转移率的影响  32-34
    3.2.2 失谐量对布居转移率的影响  34-35
    3.2.3 自发辐射诱导相干对转移率的影响  35-36
  3.3 本章小结  36-37
第四章相对相位对探测场吸收和色散的影响  37-43
  4.1 概述  37
  4.2 系统模型与方程  37-40
  4.3 模拟计算与结果分析  40-42
  4.4 本章小结  42-43
第五章总结与展望  43-45
致谢  45-47
参考文献  47-51
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  51

准∧型四能级系统的非线性效应研究

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