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非线性光学条件下的量子干涉效应研究

钮月萍  
【摘要】: 自从激光发明以来,光与物质的相互作用引起了人们的广泛关注。大量的理论和实验研究都是围绕量子干涉展开的,比如:电磁感应透明、无反转激光、绝热布居转移、双光子吸收的增强和减弱、共振提高介质的折射率等等。非线性光学现象作为获得原子或分子微观性质信息的重要手段,发展十分迅速。同时,利用非线性光学效应可以制作多种器件。四波混频和双光子吸收作为重要的三阶非线性效应从70年代以来就被广泛研究。但是,对于电磁感应透明与四波混频之间相互关系的研究才是最近新兴的课题。同样,在原子或分子中实现双光子吸收也是长期以来人们颇为关注的问题。 本文的理论模型为双光子探测的Λ型三能级系统,由基态|c>、低激发态|b>和高激发态|a>组成。|a>、|b>之间由驱动场ω_d耦合;|a>、|c>之间是双光子探测场2ω_p。显然,耦合场和双光子探测场的混频必然会在|b>和|c>之间产生相干辐射的四波混频场ω_f。本文着眼于该能级中电磁感应透明与四波混频场之间的相互作用。两者的相互作用导致了一系列与普通的Λ-型三能级系统不同的现象出现: 1)由于四波混频场的存在,当探测场不太强时,共振时上能级布居了较多的粒子数而没有出现电磁感应透明,布居线型出现不对称。本文的理论计算结果与文献[17]的实验现象吻合的很好。由此说明,实验中出现的电磁感应透明线型的不对称并非偶然现象,而是由于四波混频场的存在而导致的必然结果; 2)电磁感应透明同时也对四波混频场有影响。当探测场强度合适时,|b>,|c>之间出现了无反转增益。选取其它不同的参数,可以得到同样的结果:只要增益出现,|b>,|c>间必然是无反转增益; 3)不管耦合场和探测场强弱与否,在共振位置附近|b>态上总有粒子布居,不出现透明情况。四波混频场强比较强的地方,|b>能级上的粒子布居也比较多;中间能级粒子布居的线型与四波混频场强度的线型紧密相连; 4)增大探测场强度,如在Ω_p=1.0时,|a>上粒子布居在不同的失谐位置出现 了多个凹陷,产生了多个超窄电磁感应透明点;此时粒于被捕获在能级阳> 和卜>上。当选取不同的参数时,可以看到上能级极为复杂的粒子布居情况。 5)耦合场与探测场的不同传输方式对电磁感应透明的实现也有一定的影响, 两者同向传输更容易实现电磁感应透明。 本文的实验部分首次得到了有关分子中双光于吸收干涉增强的结果。由轨道 一自旋耦合形成的微扰叠加能级2>和3>作为中间能级,使得钠分子菱形四能级 系统中的双光子吸收出现了干涉增强。 1)耦合场失谐在两微扰叠加能级的中间位置时具有最强的吸收信号。而对于 没有中间耦合能级的梯型三能级系统,共振时双光子吸收最弱; 2)当失谐超过多普勒宽度时,吸收仍然存在。


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