稀土离子晶体中量子相干效应及电磁感应成像研究

【摘要】：量子相干效应是光学领域的一个研究热点,与之相关的研究非常有趣。如电磁诱导透明、无反转光放大及折射率增强等。然而,这些研究都在气体中进行,这是因为气体介质具有能级结构简单、退相干时间长等特点,在实验中更易取得成功,但是在实际中的应用受到一定限制。近年来,掺稀土离子晶体中的量子相干效应引起了研究者们的广泛关注。相比气体介质而言,掺稀土离子晶体具有结构紧凑、无原子扩散、易于集成和器件化等突出特点,在未来的量子信息和全光网络的实现过程中可发挥更为实际的应用。本文以Eu~(3(10)):Y_2 SiO_5和Pr~(3(10)):Y_2 SiO_5晶体为例,运用密度矩阵的方法研究原子系统对探测场的吸收和色散特性。研究了原子系统的参数对横向光学性能的影响,原子系统通过控制场的耦合,表现出折射率梯度分布(GRIN),从而可实现物体在固体原子系统中的感应成像,研究了控制场拉比频率和掺杂浓度与成像位置的关系。该研究结果在图像处理、图像传输等方面有着潜在应用价值。本文主要内容:第一章,介绍了量子相干效应基础理论,包括相干粒子俘获、电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency-EIT)和无粒子数反转激光。第二章,介绍了三能级(43)型原子系统的理论模型,推导了掺杂离子晶体在控制场作用下极化率的表达式。第三章,研究了三能级(43)型Eu~(3(10)):Y_2 SiO_5原子系统的横向光学特性,即探测场失谐量、控制场拉比频率、激光线宽及掺杂浓度对透过率和折射率的影响。第四章,研究了Eu~(3(10)):Y_2 SiO_5和Pr~(3(10)):Y_2 SiO_5晶体中的自成像问题。在折射率呈梯度分布,控制场是高斯光束情况下,通过数值模拟,得出了控制场拉比频率和掺杂浓度与自成像位置的关系,以及各参数对成像位置的影响。第五章,总结全文得出结论。