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《中国科学技术大学》 2011年
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非线性介质中光学现象的量子调控

王志平  
【摘要】:过去的几十年里,非线性介质中基于量子相干和干涉的量子光学现象由于其在众多学科和领域有潜在的应用价值已经引起人们的广泛关注。研究中发现了包括像相干布居捕获(Coherent Population Trapping)、电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency)、无反转光放大(Lasing Without Inversion)、光学双稳态和多稳态(Optical Bistability/Multistability)以及多波混频(Multi-Wave Mixing)等在内的许多著名的量子光学现象。对以上光学现象作更进一步地研究将有助于激光物理学、非线性光学、原子分子物理学、高速光通信、光信息处理、全光学开关以及量子信息学等学科和领域的发展。本文主要运用光与物质相互作用的半经典论研究了一些非线性介质的光学性质及相关现象。主要内容如下: (1)我们分析了一个囚禁于单向环形光学腔中倒Y型四能级半导体量子阱系统光学双稳态和多稳态行为。结果表明,光学双稳态(多稳态)阈值和磁滞回线可以通过耦合场、泵浦场以及环形场进行有效地控制。同时,我们还讨论了电子合作参数和场的相对位相对光学双稳态和多稳态的影响。 (2)我们研究了掺杂Er~(3+)离子YAG晶体中光学双稳态行为,该系统通过一个单向环形腔由一个相干耦合场和一个非相干泵浦场驱动。我们发现,光学双稳态可以通过耦合场的强度和失谐量进行调制,非相干泵浦场也可以实现光学双稳态的控制。还分析了合作参数对光学双稳态的影响。 (3)考虑到激光场的相对位相,理论研究了一个三能级半导体量子阱中弱探测场的瞬态增益吸收特性。研究发现,激光场的相对位相对实现弱探测场瞬态增益起着关键性的作用。 (4)在一个三能级非对称半导体量子阱系统中,由于非相干泵浦场的影响,我们实现了非相干泵浦场对探测吸收的有效控制。该研究结果与传统的光学控制不同,我们是用非相干泵浦场对探测吸收进行调制,而不需要相干驱动场。 (5)在一个五能级∧型原子系统中,设计了一个基于双电磁诱导透明(Two-EIT)的四波混频的方案。研究表明,相对四波混频信号强度可以通过电磁诱导透明窗口来调节。而且四波混频的转换效率也可以通过调节额外的相干驱动场来控制,最大四波混频转换效率高达25﹪。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O431.2

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2 Hai-Hua Wangb ,c,Jin-Hui Wu b,c,and Jin-Yue Gao a,b,c,* a CCAST(world laboratory),P.O.Box 8370,Beijing,100080,P.R.China bCollege of Physics,Jilin University,Changchun,130023,P.R.China c Key Laboratory of Coherent Light and Atomic and Molecular Spectroscopy of Ministry of Education,Jilin University,Changchun,130023,P.R.China;Phase control of light amplification without inversion in two Lambda-type atomic systems[A];Photonics Asia 2004:Information Processing and Data Storage——5631volume[C];2004年
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