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基于电磁感应透明的四波混频强度依赖效应

岑林  
【摘要】:本论文主要介绍了在基于电磁感应透明(EIT)效应的四波混频过程中,信号场强度与各光场强度之间的关系。 如图1所示,是我们所研究四波混频(FWM)过程的理论模型。在这个模型中存在两条FWM通道。第一个FWM通道是原子由|1→|3→|2→|4→|1的闭合路径,即在输入探测场形成EIT后产生的四波混频信号通道。第二个通道是原子由|1→|4→|2→|3→|1?的闭合路径,是由FWM信号场发生再吸收引起的。正是由于这两条相互竞争且同时发生的FWM通道中存在量子相干,使得FWM效率得到很大增强。 如图2所示,是我们的实验装置图。钛宝石激光器Ti:Sapphire (Coherent899ring laser)为耦合场Q1,用来驱动原子跃迁一个外腔式半导体激光器ECDL1(DL100)为探测场Ωp,作用于原子跃迁|5S1/2,F=1)→|5P1/2,F’=2)。另外一个外腔式半导体激光器ECDL2(DL100)为泵浦场Ω2,用来驱动原子跃迁|5S1/2,F=2)→|5P3/2)。在此条件下,一个拉比频率为Ω,的四波混频信号场将会在|5S1/2,F=1)→|5P3/2)跃迁中产生。这三个入射激光场的偏振态都是垂直方向,经过一个λ/2波片和格兰棱镜PBS1后合成一束沿同一方向传播。三束激光场都被聚焦在一个长度为3.0cm,原子密度约为2.2×1011cm-3,温度为62℃的铷样品池内。通过样品池以后,由于探测场Ωp和泵浦场Q2为水平偏振,使得它们经过PBS2透射后依然直线传播,而耦合场Ω1和信号场Ωf为垂直偏振则被PBS2反射。随后用1200lines/mm的光栅来分开探测光Ωp和泵浦光Q2,它们的波长分别是795nm和780nm。耦合场Q1和信号场Ωf也是同样的道理。探测器D1和D2用来监测探测场Ωp和信号场Ωf的强度。 首先,我们完成了一个经典的EIT实验。当耦合场取小失谐的情况下,我们给出探测场吸收和信号场强度随探测场失谐△p的变化曲线,如图3所示。图中黑色实线表明在关闭泵浦场的条件下,并没有产生混频信号,通过探测场的吸收谱我们只能观察到一个经典的EIT窗口。另一方面,图中红色实线表明在泵浦场打开的条件下,信号场在EIT的透明窗口处产生。并且我们发现,由于沿闭合路径探测场到信号场的非线性能量传递,导致了EIT窗口变得很浅。接下来在四个不同的泵浦场强度值的条件下,给出了FWM信号幅度随耦合场强度的变化情况,如图4所示。很明显可以看出,随着耦合场强度的增大,对应于给定的每一个泵浦场强度值,信号场强度都是迅速地增大到最大值然后再缓慢地减小。并且泵浦场强度越大(越小),最大的信号场强度总是对应一个更大(更小)的耦合场强度。这就意味着只有当耦合场强度和泵浦场的强度很好地匹配的时候,才可以获得最大的信号场强度。我们可以推断,为了得到高效的四波混频过程,在泵浦场强度和耦合场强度之间一定存在着一种线性关系。 本论文主要研究了在FWM过程中探测场、耦合场以及泵浦场是如何对信号场产生影响的。为了得到一个高效的四波混频过程,我们采用了一种特殊的方案。我们让探测场和耦合场满足EIT条件(都取一个很小的失谐),泵浦场和信号场满足相干拉曼条件(都取一个很大的失谐)。我们同时也发现当探测场强度保持恒定,耦合场和泵浦场强度之间满足某一恒定比例时,可以得到最大的信号场强度。只有当泵浦场和耦合场满足一定匹配关系时,才可以得到最优化的FWM效率。在我们的实验当中,为了避免破坏EIT条件,探测场强度不可以太强。否则,FWM效率会很低。


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