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《西北大学》 2018年
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多能级相干系统的非线性特性研究

杜英杰  
【摘要】:光与原子相互作用是物理学研究的一个重要内容。在量子光学中量子干涉(或相干)与非线性效应具有极强的关联性,利用多能级原子和光场的相互作用可以实现量子相干。电磁诱导透明是量子相干的典型体现,具有高色散小吸收等优点,其高非线性特性尤其获得关注。多能级(三能级及以上)原子系统是实现量子相干的物理基础,其能级结构对量子干涉的产生至关重要,系统的衰变包括纵向弛豫和横向弛豫,是影响量子相干的重要因素。本论文研究了三能级系统的量子相干以及由此导致的非线性和高阶非线性特性,同时研究了Tripod型四能级相干系统的双电磁诱导透明特性,详细讨论了双电磁诱导透明之间相互作用对三阶和五阶非线性效应的影响。具体内容如下:1、研究了型、V型三能级系统的基本相干特性以及非线性响应特性。基于完整的密度矩阵方程研究了不同光学条件下系统的相干特性。研究发现,在型系统中,相同拉比频率会导致相干布居数俘获效应,其在探针光共振处形成暗态;在一束强光和一束弱光激励的情况下,原子会形成不依赖探针场失谐的宽频带暗态,形成电磁诱导透明。型电磁诱导透明系统的量子相干很强,其三阶非线性和五阶非线性均获得增强。而在V型三能级系统中,量子相干被严重抑制,不会出现相干布居数俘获,仅会形成微弱的电磁诱导透明,原因在于两激发能级的自发辐射对量子相干造成严重破坏。我们针对V型电磁诱导透明系统中的三阶和五阶非线性效应进行了研究。研究表明,V型电磁诱导透明系统的非线性效应包括自非线性和交叉非线性效应均远小于型电磁诱导透明系统。2、研究了Tripod型四能级系统的基本相干特性。基于完整的密度矩阵方程研究了不同光学条件下系统的相干特性。调查了不同光学条件下,原子布居数分布以及与之关联的电极化率特性。研究发现,在三束光场具有相同拉比频率的条件下会形成相干布居数俘获,其在探针光的共振处会形成双暗态;当一光场远小于其余两者会得到双电磁诱导透明,其在探针光的全频段范围内形成双暗态,其中弱场成为双电磁诱导透明的共用探针场。研究还表明,弱场对应的电极化率远远大于强场的电极化率,因此介质的线性和非线性响应由前者体现。还研究了通过耦合光与信号光的双光子失谐来实现双电磁诱导透明相互作用的调节。3、研究了Tripod相干系统中双电磁诱导透明的相互作用对三阶和五阶非线性特性的影响。我们通过调节耦合光和信号光之间的双光子失谐控制双电磁诱导透明之间的相互作用。研究表明,在重叠状态及接近重叠状态,非线性响应无论三阶或五阶均被抑制;在非重叠状态下,两非线性响应均获得加强,此时双光子失谐增长对非线性效应影响较大,其增长的幅度较大。进一步研究了耦合光场强度变化对双电磁诱导透明相互作用的影响。研究发现,在耦合光场增大的条件下,双电磁诱导透明的相互作用加强,导致三阶和五阶非线性效应也获得加强。研究还发现,在特定的参数条件下非线性效应会获得一个极大提高。研究还发现,交叉非线性效应在Tripod相干系统中很强烈,其效应通常较自非线性效应大(可以大两个数量级),同时发现双电磁诱导透明相互作用对交叉非线性效应影响不大,远没有自非线性效应强烈。
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O431.2

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【参考文献】
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