相干光与多能级原子耦合系统中电磁感应光栅的研究

发布时间：2020-03-21 22:53

【摘要】：在研究光与物质相互作用的过程中,人们发现了一种原子相干(量子干涉)效应。这一效应能够产生很多新颖的物理现象,从而引起了科研工作者的极大关注,因此成为近年来量子光学领域中热门的研究课题之一。激光强场作用于原子物质,可使其对光的吸收系数和折射系数发生变化,进而产生电磁感应透明现象。在这一基础上,当用一驻波场驱动原子介质时,介质对另一弱探测场的吸收和色散性质都会随着驻波场光强的周期性变化而出现相应的改变,从而在介质中形成光栅结构,使得透过的探测光发生衍射,此即为电磁感应光栅现象。基于电磁感应透明原理,本文主要研究了一个五能级原子系统和一个双Λ型原子混合机制中的电磁感应光栅现象及其相干调控。论文的主要内容有:1.利用一个五能级原子系统,通过与两个正交驻波场相互作用,诱导产生电磁感应二维光栅。在这一系统中,不同共振条件下,原子介质的非线性吸收和折射性质得到显著增强,并同时伴随着线性吸收的消失。当应用两个驻波耦合场作用时,原子介质中形成吸收或者位相型光栅,将探测光高效衍射至高级次方向。光栅的衍射效率强烈依赖于光与物质相互作用长度、耦合场强度和失谐量。通过分析发现,振幅和位相的周期性变化都是由其非线性调制引起的。2.研究由两个三能级A型原子系统混合而成的机制中形成的电磁感应光栅的调控。两个驻波场作用下系统中,由于吸收拉曼共振和放大拉曼共振间的相互作用,介质的折射率得到增强并被周期性调制。因此,介质中形成一个可将探测光衍射至高级方向的正弦光栅。理论上,我们研究了铷原子同位素形成的混合机制。结果表明光栅衍射在很大程度上取决于两个拉曼跃迁的双光子失谐量以及驻波驱动场的强度。3.利用振幅强度掩模获得锯齿状耦合场,并与2中双Λ型原子混合机制相互作用,实现电磁感应闪耀光栅。通过调节耦合场强度,可获得一个2π的相位调制,透过的探测光束发生衍射,并且大部分光能被衍射至一级方向。通过调节双光子失谐量可使得闪耀光栅的衍射效率远大于100%。再者,当引入一个具有对称结构的强度掩模,透过的光被劈裂成两个强度相等的光束。因此当我们使用更为复杂的振幅掩模时,这一原子系统可被用于实现光束劈裂和展宽。4.通过加入空间变化的耦合场,在原子介质中实现不同类型的电磁感应光栅。同时,调节相关参量,可以提高光栅的衍射效率。这一研究在全光网络和通信方面具有潜在的发展前景。
【图文】：

光栅实验,三能级,原子结构,电磁感应

当激光场失谐量满足双光子共振条件时，原子介质相当于一个吸收型光栅。逡逑介质对探测场只产生周期性的吸收调制而没有位相调制。亦即，，原子介质对探测逡逑场的吸收较大，衍射较弱，如图１－４中的虚线所示，并且探测光强主要集中在零级逡逑方向。而当光场失谐量远离双光子共振时，原子介质又相当于一个混合型光栅。逡逑介质对探测场既有周期性的吸收调制又有位相调制。亦即，原子介质对探测场的逡逑５逡逑

原子系统,光场,能级

质相互作用是现代量子光学中一个基础也是极其重要的明的机制中，将原来的强耦合场由行波替换为驻波形式，吸收就会由于驻波场的存在而出现周期性的吸收和透射，理现象类似于经典的夫琅禾费远场衍射，也正是科研工感应光栅。逡逑中，我们主要研究在一个新型五能级原子系统模型中的成和调控，并详细分析对光栅的线性和非线性调制作用，和介质相千作用长度等参量对衍射效率的影响，进而提射效率。逡逑模型和理论推导逡逑
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O431.2

【参考文献】