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真空辐射背景下原子系统的光学性质

作　者: 曾志强
导　师: 侯邦品
学　校: 四川师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 真空场诱导相干 电磁诱导透明 粒子数布居 压缩真空场 瞬时光学响应
分类号: O431.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 31次
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内容摘要


自70年代以来,作为量子光学中非常重要的基本物理现象,原子相干引起了人们的极大关注。真空场诱导相干(Vacuum Induced Coherence,简称VIC)就是一个重要的原子相干效应。这种相干效应主要是接近简并的能级与另外相同能级构成的跃迁与相同的真空辐射场相互作用形成的。真空场诱导相干能够引起原子光谱一系列的变化,特别是对电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,简称EIT)的影响尤为突出。因为电磁诱导透明就是通过外加相干场来诱导原子系统的相干性从而使探测光不被该原子系统吸收的物理现象。近年来,很多科学工作者对真空场诱导相干效应作了大量的研究,并发现真空场诱导相干能够产生很多有趣的现象,譬如粒子数捕获、无反转增益、无吸收高折射率、自发辐射的干涉相消和干涉相长、共振荧光、光速减慢等等。本论文就是在电磁诱导透明研究的基础上,结合以前真空辐射场方面的理论工作,提出实验室可行的原子模型并分析其有趣的光谱特征。为了更好地指导实验,本论文详细讨论了真空场诱导相干对梯形四能级原子系统中单光子和双光子透明的影响。另外,本论文还首次在Λ型三能级原子系统中研究了压缩真空场对原子系统瞬态响应过程的影响。本论文的具体内容如下:本论文的第一章,主要介绍了电磁诱导透明和真空场诱导相干的基本原理、研究进展等背景知识。在第二章,首先介绍研究光与物质相互作用所需的三种基本绘景,并指出它们之间的关联。接着,利用光与物质相互作用的半经典理论,分别推导了二能级原子系统和三能级原子系统中原子的哈密顿量、几率振幅以及密度矩阵方程。在第二章中我们还通过缀饰态、暗态和密度矩阵方程等三种方法来对EIT进行解释。第三章,我们提出一个新的梯形四能级原子模型,包含了能够引起EIT的两种最基本结构:V型能级和Λ型能级。当该原子系统的中间两个能级分别与真空辐射场相互作用耦合到基态和激发态时,自发衰变路径间的量子干涉效应导致了V型和Λ型的VIC。我们分别讨论了这两种类型的VIC对单光子和双光子电磁诱导透明的影响,并发现Λ型的VIC增强双光子的吸收,而对单光子的吸收几乎无影响;V型的VIC抑制单光子和双光子的吸收。第四章,我们将首次在含时情况下研究压缩真空场对Λ型三能级原子系统中吸收谱和粒子数布居的影响。通过对比压缩真空场和VIC对原子系统瞬时吸收特性的影响,我们发现,在弱探测场情况下,瞬时吸收和增益、吸收谱稳态值以及达到稳定的响应时间等可以通过压缩真空场来调节和控制。还讨论不同的初始条件下原子系统粒子数布居的情况,我们看到,当没有考虑压缩真空场时,无论VIC是否存在,稳态的粒子数布居都是与初始条件相关联的;但当考虑压缩真空场时,无论VIC是否存在,稳态的粒子数布居都不随初始条件改变而改变,从而得出影响稳态粒子数布居的主要因素是压缩真空场的结论。这些研究揭示了环境对原子系统的影响,为调制原子系统的光学性质等方面提供积极的意义。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章 引言  9-13
  1.1 电磁诱导透明（EIT）  9-10
  1.2 真空场诱导相干(VIC)  10-12
  1.3 本文研究的主要内容及意义  12-13
第二章 光与物质相互作用  13-33
  2.1 描述量子体系的三种绘景  13-16
    2.1.1 薛定谔绘景  13-14
    2.1.2 海森伯绘景  14-15
    2.1.3 相互作用绘景  15-16
  2.2 光与物质的相互作用半经典理论  16-27
    2.2.1 光场与二能级原子系统相互作用  16-21
    2.2.2 光场与三能级原子系统相互作用  21-27
  2.3 关于 EIT 的理论解释  27-33
    2.3.1 缀饰态解释  27-29
    2.3.2 暗态解释  29-31
    2.3.3 利用密度矩阵解释  31-33
第三章 真空场诱导相干对梯形四能级原子系统中单光子和双光子透明的影响  33-43
  3.1 引言  33
  3.2 物理模型及密度矩阵方程  33-36
  3.3 讨论  36-42
    3.3.1 不同真空场诱导相干对单光子吸收的影响  36-39
    3.3.2 不同真空场诱导相干对双光子吸收的影响  39-42
  3.4 结论  42-43
第四章 压缩真空辐射场对原子系统瞬时光学性质的影响  43-55
  4.1 引言  43-44
  4.2 物理模型和原子系统密度矩阵方程  44-46
  4.3 原子系统瞬时过程的分析  46-53
  4.4 结论  53-55
第五章 总结与展望  55-57
参考文献  57-65
致谢  65-66
攻读硕士学位期间的科研成果及获奖情况  66

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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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