含相位项的光学Bloch方程求解及其应用研究
发布时间：2021-07-30 19:53
在光与物质相互作用的研究中,可由Bloch方程的同相分量u、正交分量v和粒子数反转w来表征原子运动状况,基于此来研究所引起的物理现象,如光谱烧孔、光子回波等。在已报道的基于光学Bloch方程的光物作用所产生的物理现象研究文献中,仅关于入射光电场的幅度对原子的作用有深入的探讨,并未考虑入射光电场相位的作用。基于此,本文的主要研究内容如下:（1）利用慢变包络近似和旋转波近似详细推导了含有相位项的光学Bloch方程,并求得了稳态条件下的解析解;其次,由麦克斯韦波动方程出发,以宏观极化为桥梁,建立了Maxwell与Bloch方程之间的联系,并推导了传输方程。（2）在稳态条件下从Bloch分量粒子数反转w出发,推导了吸收系数的表达式,并简略介绍了光谱烧孔现象在信号功率谱探测中的应用。并进一步研究了当形成光谱烧孔的晶体作为滤波器时,写烧孔光脉冲强度和晶体属性对滤波器性能的影响。（3）在稳态条件下从Bloch同相分量u和正交分量v出发,研究了入射光电场相位对晶体粒子的作用。基于此,对宏观极化所产生的矢量感应电场做了详细探讨,并阐明了矢量感应电场与传统的宏观极化辐射场之间的联系。通过对矢量感应电场分量...
【文章来源】：天津理工大学天津市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
非均匀展宽谱上的光谱烧孔现象由于烧孔晶体拥有数十吉赫兹的非均匀展宽带宽，和几千赫兹的均匀展宽特性，不
脉冲持续时间1 1 2 t t t T，使得 Bloch 矢量由①旋转到②，在，被激励到上能级的粒子与低能级的粒子组成粒子相干态，并形成具有固定电偶极矩的集合[10]。然后撤掉第一束脉冲，使得电偶极矩发生自由感应衰减时间内 Bloch 矢量会绕着 w 轴转动，使得原子电偶极矩相位变得混乱，也即失相过程。接着当第二个 / 2脉冲在2t 时刻入射到烧孔材料里边且持续时2 2 t T时，会发生与第一阶段1 1t t相同的过程，唯一不同的是初始条件不och 矢量旋转到③的位置。撤掉脉冲后，原子电偶极矩继续失相。最后当第射到晶体时，会使得布洛赫矢量旋转到u v平面，此过程与前两个脉冲的作。当撤掉脉冲后，原子电偶极矩会发生与前边失相过程相反的现象，此时 B绕着w轴向着v轴靠拢到④的位置，此时则会在特定的时刻产生宏观极化辐射子回波现象[24,25]。课题组通过对光学 Bloch 方程的数值仿真成功模拟出了光子回波形成过程量在不同时间段内的变化情况[8]。先后成功通过控制输入信号的起始频率生了压缩回波，并进一步由此设计并产生了高时宽带宽积且高重复频率的周冲位置调制信号[26,27]。如果从产生压缩脉冲的过程来理解，更能深入理解光成过程，通过光子回波现象形成压缩回波的原理如图 1-3 所示。
图 2-1 二能级原子的能级跃迁示意图[1]和2 分别为上下能级的弛豫速率，在本文中，原子所处的能级只能由若干不确定的状态来描某刻所处的状态可由不同原子能级的加权和表能级的本征态可得出原子系统的波函数或者波为:1 2 (t ) c (t ) 1 c (t ) 2 2 (t ), c (t )分别为态矢量 (t )按照 1 和 2 的的原子处于上能级和下能级的概率，在二能级所满足的关系式为2 21 2c (t ) c (t ) 1。上，符号T 表示转置共轭。在量子力学中，经常者某一算子的平均，如对表示能量算符的哈密量的期望值：
【参考文献】：
期刊论文
[1]Investigation of three-pulse photon echo in thick crystal using finite-difference time-domain method[J]. 马秀荣,徐林,常世元,张双根. Chinese Physics B. 2017(04)
[2]Improving the intensity and efficiency of compressed echo in rare-earth-ion-doped crystal[J]. 马秀荣,梁裕卿,王松,张双根,单云龙. Chinese Physics B. 2016(07)
[3]Characteristics of spectral-hole burning in Tm3+:YAG based on the perturbation theory[J]. 张世宇,马秀荣,张双根,陈雷,王夏洋,穆宽林,王松. Chinese Physics B. 2014(06)
硕士论文
[1]基于光谱烧孔晶体材料产生任意信号的研究[D]. 梁裕卿.天津理工大学 2016
本文编号：3312025
【文章来源】：天津理工大学天津市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
非均匀展宽谱上的光谱烧孔现象由于烧孔晶体拥有数十吉赫兹的非均匀展宽带宽，和几千赫兹的均匀展宽特性，不
脉冲持续时间1 1 2 t t t T，使得 Bloch 矢量由①旋转到②，在，被激励到上能级的粒子与低能级的粒子组成粒子相干态，并形成具有固定电偶极矩的集合[10]。然后撤掉第一束脉冲，使得电偶极矩发生自由感应衰减时间内 Bloch 矢量会绕着 w 轴转动，使得原子电偶极矩相位变得混乱，也即失相过程。接着当第二个 / 2脉冲在2t 时刻入射到烧孔材料里边且持续时2 2 t T时，会发生与第一阶段1 1t t相同的过程，唯一不同的是初始条件不och 矢量旋转到③的位置。撤掉脉冲后，原子电偶极矩继续失相。最后当第射到晶体时，会使得布洛赫矢量旋转到u v平面，此过程与前两个脉冲的作。当撤掉脉冲后，原子电偶极矩会发生与前边失相过程相反的现象，此时 B绕着w轴向着v轴靠拢到④的位置，此时则会在特定的时刻产生宏观极化辐射子回波现象[24,25]。课题组通过对光学 Bloch 方程的数值仿真成功模拟出了光子回波形成过程量在不同时间段内的变化情况[8]。先后成功通过控制输入信号的起始频率生了压缩回波，并进一步由此设计并产生了高时宽带宽积且高重复频率的周冲位置调制信号[26,27]。如果从产生压缩脉冲的过程来理解，更能深入理解光成过程，通过光子回波现象形成压缩回波的原理如图 1-3 所示。
图 2-1 二能级原子的能级跃迁示意图[1]和2 分别为上下能级的弛豫速率，在本文中，原子所处的能级只能由若干不确定的状态来描某刻所处的状态可由不同原子能级的加权和表能级的本征态可得出原子系统的波函数或者波为:1 2 (t ) c (t ) 1 c (t ) 2 2 (t ), c (t )分别为态矢量 (t )按照 1 和 2 的的原子处于上能级和下能级的概率，在二能级所满足的关系式为2 21 2c (t ) c (t ) 1。上，符号T 表示转置共轭。在量子力学中，经常者某一算子的平均，如对表示能量算符的哈密量的期望值：
【参考文献】：
期刊论文
[1]Investigation of three-pulse photon echo in thick crystal using finite-difference time-domain method[J]. 马秀荣,徐林,常世元,张双根. Chinese Physics B. 2017(04)
[2]Improving the intensity and efficiency of compressed echo in rare-earth-ion-doped crystal[J]. 马秀荣,梁裕卿,王松,张双根,单云龙. Chinese Physics B. 2016(07)
[3]Characteristics of spectral-hole burning in Tm3+:YAG based on the perturbation theory[J]. 张世宇,马秀荣,张双根,陈雷,王夏洋,穆宽林,王松. Chinese Physics B. 2014(06)
硕士论文
[1]基于光谱烧孔晶体材料产生任意信号的研究[D]. 梁裕卿.天津理工大学 2016
本文编号：3312025
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