基于拉曼效应的光与原子相互作用的研究及应用
本文选题:光与原子相互作用 + 拉曼散射 ; 参考:《华东师范大学》2016年博士论文
【摘要】:光与原子相互作用过程是量子光学中研究的基本问题之一。在量子光学的一系列应用中,如精密测量、量子信息、和量子计算等等,光一般都作为信息的载体,而原子则用来对光信号进行操控。本论文着重讨论基于热原子系综中拉曼效应的光与原子相互作用过程,发现了一种新的相互作用机制,并利用这个机制构造出新的干涉测量方法,最后研究了如何抑制相互作用中的噪声问题。本论文可以分为以下四个部分:第一部分主要研究了增强拉曼过程的方法。我们利用了拉曼过程中光与原子之间产生的相干特性,引入反馈的机制,使得拉曼过程进行的更加迅速、高效、稳定。这些新方法都是光与原子之间的非线性转换过程。具体的内容见第二章。第二部分研究了拉曼过程中光与原子的线性相互转换过程。我们详细地讨论了一种在强光场的驱动下,光与原子相干叠加态之间的类拉比振荡现象。利用这一现象,我们可以人为地控制能量在光与原子之间的分配,这个过程也可以作为光波与原子自旋波的线性分束合束器。具体内容见第三章。第三部分是对光与原子相互转换过程的应用,我们构造出了新型的光与原子混合干涉仪。通过结合两次光波与原子自旋波的分束合束过程,我们构造出了一种新型的光与原子混合干涉仪。这种新型的混合干涉仪的两臂分别是光波和原子自旋波,它可以同时感受到光场和原子自旋波上的相位改变,相比传统的全光干涉仪或者原子干涉仪拥有更广阔的应用。具体的内容见第四章。第四部分是对抑制拉曼过程中四波混频噪声的研究。我们通过将原子池放置在一个光学谐振腔中,巧妙地利用腔的选频滤波特性,在增强光与腔内原子耦合的同时,大大降低了远失谐光与原子相互作用过程中的四波混频噪声。我们观测到了目前在热原子拉曼过程中所能达到的最低绝对噪声本底。具体内容见第五章。
[Abstract]:The interaction between light and atom is one of the basic problems in quantum optics. In a series of applications of quantum optics, such as precision measurement, quantum information, quantum computation and so on, light is generally used as the carrier of information, while atoms are used to manipulate optical signals. In this paper, we mainly discuss the interaction between light and atom based on Raman effect in thermal atomic ensemble, and find out a new interaction mechanism, and construct a new interferometric method using this mechanism. Finally, the problem of how to suppress the noise in the interaction is studied. This thesis can be divided into four parts: the first part mainly studies the method of enhancing Raman process. We take advantage of the coherence between light and atoms in the Raman process and introduce the feedback mechanism to make the Raman process more rapid, efficient and stable. These new methods are all nonlinear conversion processes between light and atoms. See chapter II for details. In the second part, we study the linear conversion process between light and atom in Raman process. We discuss in detail a kind of rabbit-like oscillation between the coherent superposition states of light and atoms driven by a strong light field. By using this phenomenon, we can artificially control the distribution of energy between light and atom, and this process can also be used as a linear beam splitter of light wave and atomic spin wave. See chapter III for details. The third part is the application of the conversion process between light and atom. We construct a new type of optical and atomic hybrid interferometer. By combining the beam splitting process between two light waves and the atomic spin wave, a new type of optical and atomic hybrid interferometer is constructed. The two arms of this new hybrid interferometer are light wave and atomic spin wave respectively. It can feel the phase change of light field and atomic spin wave at the same time. Compared with the traditional all optical interferometer or atomic interferometer, it has a wider application. See Chapter IV for details. The fourth part is about the suppression of four-wave mixing noise in Raman process. By placing the atomic cell in an optical resonator, we make use of the selective frequency filtering characteristics of the cavity skillfully, while enhancing the coupling between the light and the atom in the cavity, and at the same time greatly reducing the four-wave mixing noise in the process of the far-detuned light interacting with the atom. We have observed the lowest absolute noise background that can be achieved in the thermal atom Raman process. See chapter V for details.
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O431.2
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,本文编号:1788923
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