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基于原子相干效应的电磁诱导光吸收光栅及光脉冲群速度调控

作　者: 匡尚奇
导　师: 高锦岳
学　校: 吉林大学
专　业: 光学
关键词: 原子相干效应 电磁诱导光吸收光栅 光子晶体 光脉冲群速度
分类号: O431.2
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


原子相干效应是应用强相干光场将原子中本来不相关的能级耦合起来,进而改变光与物质相互作用的传统规律,使光在吸收、发射、色散和折射率等方面呈现出崭新的物理现象。本论文应用光与物质相互作用的半经典理论,对基于原子相干效应的电磁诱导光吸收光栅和光脉冲群速度调控进行了理论研究。首先,我们给出了一套同时适用于冷原子和热原子系统中电磁诱导光吸收光栅的理论计算方法,并对两系统中的结果进行了比较和分析,解决了以往报导的结果之间的矛盾,进一步加深了人们对这一原子相干效应的理解。其次,我们应用强相干行波场和驻波场实现了四能级超冷原子系统中双暗态的空间周期调节,理论上提出了具有双光子带隙结构的光子晶体。再次,我们理论上提出了基于相干光学烧孔技术的光脉冲群速度减慢方法,该方法有助于在具有一般能级结构的热原子系统中实现光速减慢。最后,我们理论上分析了相干泵浦场在四能级原子系统中对光脉冲群速度的调控作用,指出随着相干泵浦场强度的增强,我们可以实现光脉冲群速度由小于真空中光速转变为大于真空中光速。该方法既可在超冷原子系统中也可在热原子系统中实现,同时快光现象所伴随的光损耗较小。本论文关于电磁诱导光吸收光栅的研究一方面解决了以往报导的结果之间所存在的矛盾,另一方面提出了一种具有双光子带隙结构的光子晶体;关于光脉冲群速度的研究有助于人们以热原子系统为介质实现慢光及快慢光的调控。上述研究在光信息存储、全光网络及光计算领域具有潜在的应用价值。

全文目录


提要  5-9
第一章 绪论  9-23
  1.1 早期的原子相干效应研究  10-14
    1.1.1 相干粒子数捕获  10-12
    1.1.2 无粒子反转光放大  12-14
  1.2 电磁感应光透明的研究历史与现状  14-16
  1.3 电磁诱导光吸收光栅的研究历史与现状  16-18
  1.4 相干光学烧孔的研究历史与现状  18-21
  1.5 本论文的主要内容  21-23
第二章 与论文相关的理论工具  23-43
  2.1 原子相干效应的半经典理论  23-34
    2.1.1 量子体系的三种基本图象  24-27
    2.1.2 光与物质相互作用的半经典理论  27-32
    2.1.3 缀饰态理论  32-34
  2.2 一维光学光栅的理论工具  34-38
    2.2.1 一维光学光栅的基本结构  34-35
    2.2.2 单周期介质中光场的传输矩阵  35-37
    2.2.3 多周期介质光场的传输矩阵  37-38
  2.3 色散介质中光波传输速度的理论工具  38-43
    2.3.1 相速度与群速度的定义  38
    2.3.2 相速度与群速度的关系  38-39
    2.3.3 色散介质中高斯型光脉冲的传输模拟  39-43
第三章 均匀原子介质中的电磁诱导光吸收光栅  43-55
  3.1 引言  43-44
  3.2 理论模型及数值计算  44-48
  3.3 超冷原子系统中EIG探测场的光谱特性  48-49
  3.4 热原子系统中 EIG 探测场的光谱特性  49-51
  3.5 冷原子与热原子系统中 EIG 效应的比较与分析  51-53
  3.6 本章小结  53-55
第四章 均匀超冷原子介质中的可调谐双光子禁带  55-65
  4.1 引言  55-56
  4.2 理论模型及数值计算  56-59
  4.3 双光子禁带结构  59-60
  4.4 双光子禁带调节及缀饰态分析  60-63
  4.5 本章小结  63-65
第五章 热原子系统中基于相干光学烧孔的光速减慢  65-77
  5.1 引言  65-66
  5.2 理论模型及数值计算  66-69
  5.3 探测场的吸收光谱及共振频率处的群折射率  69-74
  5.4 高斯型光脉冲传输模拟  74-75
  5.5 本章小结  75-77
第六章 四能级原子系统中的快慢光调节  77-89
  6.1 引言  77-78
  6.2 理论模型及数值计算  78-81
  6.3 冷原子与热原子系统中的群折射率及其比较  81-85
  6.4 高斯型光脉冲传输模拟  85-87
  6.5 本章小结  87-89
论文总结  89-93
参考文献  93-107
博士期间发表文章及获奖情况  107-109
致谢  109-110
中文摘要  110-123
Abstract  123-138

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 光本性的理论 > 量子光学
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