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激光脉冲的量子整形与相干控制

作　者: 阿布力米提·吾买尔
导　师: 李永放
学　校: 陕西师范大学
专　业: 光学
关键词: 激光脉冲 面积定理 自感应透明 脉冲整形 双光子跃迁 相干控制
分类号: O431.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


激光出现之后,非线性光学得到了更快发展。在介质中,飞秒,阿秒等超短脉冲激光引起的多种新的光学效应激发了许多研究者的兴趣。由于与非线性光学效应相关的领域较广泛,因此基于这方面的研究很有发展前途。目前,光与材料的相互作用成为了一个引人注目的研究话题。非线性效应的物理机制决定于光与样品的相互作用,本质上是基于量子系统内部的微观动力学行为的作用。非线性光学为研究控制材料的光学性质和提高激光的应用效率等方面提供了理论基础。随着人类对微观粒子结构性质认识的深入,各种材料非线性光属性的实验成果在众多领域得到了实际应用。实际物质的微观结构是非常复杂的,理论上严格的研究光和粒子的相互作用并得到准确的结果是非常困难的,因此我们采用一些假设和近似方法使量子体系的结构简化,脉冲光在非线性光材料中的传播用Maxwell-Bloch方程进行描述则更加精确。在研究非线性样品中的脉冲光传输过程中,最早被发现的自感应透明以及脉冲分裂等奇妙效应的微观动力学特性,通过McCall-Hahn面积理论得到了解释。入射脉冲较弱及面积较小(小于π)时,样品中脉冲面积发生变化。共振样品引起的原子线宽分辨率区域的光谱操纵作用下,小面积脉冲光的电场包络开始按余弦规律振荡,从而脉冲面积随着脉冲持续发生呈指数衰减,这种动力学行为几乎不会影响脉冲的总能量。宏观上这是由一种吸收谱线的色散效应引起的,自然出现的脉冲整形现象。这种整形效应引起单光子吸收的激发态布居的周期性变化而导致产生强烈瞬时振荡。在相干控制领域内运用这个动力学因素引起的整形脉冲光是目前的一种新兴研究趋势。本文基于以上思想,以半经典量子理论为工具,根据面积理论,对弱脉冲激光在共振材料中的传输进行理论研究。由推得的理论结果可以看出,脉冲形状与介质的长度,入射场的频率以及原子的弛豫等参量有关。小面积整形脉冲使共振材料(Rb原子系统)在激发过程中,双光子激发态的跃迁布局受整形脉冲的操控。我们经过理论研究发现,通过对介质长度ι,入射脉冲的频宽△ω以及粒子的非均匀能级寿命Τ等参量的进行调制,可得不同形状的小面积脉冲光。这种整形脉冲光对双光子激发态的几率分布有明显的作用并导致几率幅的周期性振荡。随着△ω和Τ的增大以及ι的减小,双光子激发信号峰值都将有效的增强并且几率幅振荡现象也逐渐明显,但在一定的时间段内振荡次数将减少。这些效应都会受入射脉冲形状的调制。虽然这一结果只是在理论研究的情况下得到的,但是我们相信,这些结果为脉冲整形及相干控制等领域的实验研究和相关领域的应用,提供可靠的理论基础。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 引言  8-12
  §1.1 研究现状和背景  8-10
  §1.2 本文的工作  10-12
第2章 光与物质相互作用的基本理论  12-22
  §2.1 光与物质的相互作用  12-20
    §2.1.1 非线性光学  12-13
    §2.1.2 麦克斯韦方程  13-14
    §2.1.3 二能级近似  14
    §2.1.4 电偶极近似  14-15
    §2.1.5 旋转波近似  15-16
    §2.1.6 布洛赫方程  16-17
    §2.1.7 傅里叶变换  17-18
    §2.1.8 相关函数  18-20
  §2.2 小结  20-22
第3章 激光脉冲的传输特性  22-32
  §3.1 引言  22-23
  §3.2 二能级系统的共振动力学  23-25
  §3.3 布洛赫方程  25-27
  §3.4 面积定理与它的性质  27-29
  §3.5 自感应透明  29-30
  §3.6 小结  30-32
第4章 激光脉冲的量子整形  32-42
  §4.1 引言  32-33
  §4.2 小面积激光脉冲的传播  33-36
  §4.3 小面积激光脉冲的量子整形  36-40
  §4.4 小结  40-42
第5章 双光子跃迁几率的相干控制  42-52
  §5.1 引言  42-43
  §5.2 双光子吸收  43-44
  §5.3 双光子激发Rb原子过程  44-46
  §5.4 瞬态双光子跃迁几率的相干控制  46-50
  §5.5 小结  50-52
第6章 全文总结与展望  52-56
  §6.1 全文总结  52-53
  §6.2 展望  53-56
参考文献  56-62
致谢  62-64
攻读硕士学位期间的研究成果  64

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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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