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《山东师范大学》 2012年
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开放的V型系统无反转激光传播效应及瞬态演化的相干控制研究

梁颖  
【摘要】:物质的光学性质及光学过程的相干控制研究,是目前国际上光学研究中重要而活跃的前沿领域之一。相干控制的研究不但具有重要的理论意义,而且在非线性光学、量子光学、光通讯和量子信息等领域都有重要的实际应用价值。原子系统中的量子相干和干涉可以导致许多重要的物理现象,其中无粒子数反转激光(Lasing Without Inversion简称LWI)引起了人们极大的兴趣和广泛的关注。利用无反转激光方法可以在应用传统激光理论很难或不可能产生激光的高频区产生激光。因此,对无粒子数反转激光的研究不仅具有重要的理论价值,而且具有广阔的应用前景。 本论文在前人研究工作的基础上,对开放的V型三能级原子系统无反转激光传播效应及瞬态演化的相干控制进行了理论研究。全文内容共分为四章: 第一章综述。介绍了无粒子数反转激光及光学性质相干控制的研究背景、意义,阐述了无粒子数反转激光产生的物理机制和这一课题当前研究的现状。 第二章研究了在开放的V型三能级原子系统中,存在和不存在Doppler效应两种情况下,自发辐射诱导相干(SGC)、粒子注入速率比和退出速率的改变对无反转激光(LWI)传播效应的影响,并与封闭的V型三能级原子系统进行了比较。研究表明:SGC强度(用θ量度)越大,LWI增益和强度越大;当θ=π时,可得到最大的LWI增益和强度;有SGC时可获得比无SGC时大得多的LWI增益和强度;在r_0和S的一定数值范围内,LWI增益和强度随r_0和S取值的增大而增大;选择适当的r_0和S的数值大小,在开放系统中可获得远高于相应封闭系统的LWI增益和强度;有Doppler效应时,存在LWI增益的传播距离明显大于无Doppler效应时的值,LWI增益最大值小于无Doppler效应时的值,但LWI强度最大值大于无Doppler效应时的值。 在第二章的基础上,第三章主要研究了在具有自发辐射诱导相干的开放的V型三能级原子系统中,存在和不存在Doppler效应两种情况下,探测场和驱动场间的相对位相(Φ)对传播效应的控制作用。研究结果表明:相对位相对传播效应有显著的周期性影响,周期为2π;通过选择Φ的取值可以获得更大的LWI增益和更长的存在增益的传播距离,从而获得更高的LWI强度。原子的注入速率比(S)和退出速率(r_0)的改变将对位相相关的LWI增益和强度的空间演化产生明显的调制作用。在S(r_0)的一定取值范围内,S(r_0)的值越大,LWI增益和强度越大且强度达到极大值需要的传播距离越长;相应封闭系统中LWI增益和强度的最大值及能产生增益的传播距离都小于开放系统。Doppler效应对位相相关的LWI增益和强度的空间演化也具有明显的影响,存在Doppler效应时得到的LWI增益和强度明显小于无Doppler效应时的值。 第四章从开放的V型三能级原子系统密度矩阵运动方程出发,利用数值计算结果,从存在非相干泵浦和无非相干泵浦两个方面,分析了相对位相对LWI增益瞬态演化的控制作用,及粒子注入速率比和退出速率对位相相关的瞬态演化的调制作用。结果表明:无论是否存在非相干泵浦,相对位相的变化对系统增益(吸收)随时间的瞬态演化都有着显著的影响。存在与不存在非相干泵浦时的增益瞬态演化曲线是类似的;但与存在非相干泵浦时的情况相比,不存在非相干泵浦时,系统达到瞬态增益最大值及获得增益稳定值所需要的时间更长,演化过程中振荡幅度更大,获得的增益更大。
【学位授予单位】:山东师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:O431.2

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【参考文献】
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