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四能级系统中基于量子相干的非线性效应研究

作　者: 王祥伟
导　师: 张向阳
学　校: 江南大学
专　业: 光学工程
关键词: 量子干涉电磁感应光透明吸收色散增益无反转光放大自发辐射诱导相干左手效应负折射率
分类号: O431.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

近年来,多能级系统的量子干涉效应得到了广泛的关注和深入的研究,并且已成为量子光学领域的重要前沿课题。人们已经发现了许多基于量子干涉效应的物理现象和效应,本论文应用量子光学的相关理论,对多能级多模光场的相互作用能级系统进行了理论研究,得出了一些有意义的结果,部分相关工作已在核心期刊上发表。通过引入量子态叠加理论及量子相干理论可使其应用领域突破传统的瓶颈,例如在微电子制造业、光电子器件、量子信息、量子通信保密技术及光量子计算机等领域都将有望取得重要进展。本论文的主要内容包括:1、量子干涉效应的研究概况和研究动态及其应用展望。2、介绍了量子干涉效应相关的理论研究方法、理论工具基础。3、运用数值模拟的方法,分析了在共振条件下V型四能级系统中控制场拉比频率的变化对探测场的吸收和色散的影响;研究发现当耦合场的拉比频率强度增大到一定的数值时,介质对探测场的响应表现为增益现象;最后证实了在此能级系统中可以实现无粒子数反转光放大。4、运用密度矩阵理论,研究了在外加相干耦合场作用下Λ型四能级系统的吸收和色散特性。数值模拟表明:通过调节外加相干耦合光场的拉比频率强度,该系统可以实现三重、双重、单重电磁感应光透明现象。5、利用半经典理论,在自发辐射诱导相干(SGC效应)的条件下,研究了Y型四能级系统中相干光场之间的位相差对探测光场的吸收和色散性质的影响。数值模拟结果表明,通过对相对位相的控制,可以实现探测光场的吸收(增益)和色散成周期性的放大和减弱。6、研究了Λ型四能级与多模光场相互作用系统中的相对介电常数和相对磁导率的性质。数值模拟发现,在适当的参数取值下,系统的相对介电常数和相对磁导率可以同时为负值,因此可以在此系统中实现左手效应。在一定的范围内,连续改变相干场的拉比频率强度,实现左手效应的区域作相应的变化,并研究了在实现左手效应区间内折射率的性质。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-13
  1.1 概述  7
  1.2 经典干涉和量子干涉的比较  7-9
    1.2.1 经典干涉  7-8
    1.2.2 量子干涉  8-9
    1.2.3 经典干涉和量子干涉的比较  9
  1.3 量子干涉的应用前景  9-11
    1.3.1 量子信息  9
    1.3.2 量子通信保密  9-10
    1.3.3 量子计算机  10-11
  1.4 论文的主要工作  11-13
第二章光场与原子能级系统相互作用理论工具基础  13-25
  2.1 非线性光学极化率  13-15
  2.2 密度矩阵表述法  15-17
  2.3 半经典理论和全量子理论  17
  2.4 几种基本物理绘景  17-20
    2.4.1 薛定谔绘景  17-18
    2.4.2 海森伯绘景  18-19
    2.4.3 相互作用绘景  19-20
  2.5 描述物质与场相互作用的复振幅方程  20
  2.6 电磁感应光透明  20-22
  2.7 电磁感应光透明在不同介质中的实现  22-23
  2.8 缀饰原子的本征态  23-25
第三章 V 型四能级系统中探测场的增益研究  25-30
  3.1 概述  25
  3.2 模型与方程  25-26
  3.3 V 型四能级系统中的电磁感应光透明现象  26-27
  3.4 相干耦合场强度对探测场增益的影响  27-28
  3.5 无反转光放大现象  28-29
  3.6 本章小结  29-30
第四章四能级系统中的多重电磁感应光透明  30-35
  4.1 概述  30
  4.2 物理模型与密度矩阵运动方程  30-31
  4.3 相干场拉比频率强度对电磁感应透明窗的影响  31-33
  4.4 相干场失谐量对吸收曲线的影响  33-34
  4.5 相干场拉比频率强度对色散曲线的影响  34
  4.6 本章小结  34-35
第五章 Y 型四能级系统中相对相位对探测光的影响  35-41
  5.1 概述  35
  5.2 考虑自发辐射效应的系统密度矩阵演化方程  35-37
  5.3 自发辐射效应对探测光场的吸收（增益）和色散曲线的影响  37-39
  5.4 相干场失谐量对光场的吸收（增益）和色散曲线的影响  39
  5.5 相对位相对光场的吸收（增益）和色散曲线的影响  39-40
  5.6 本章小结  40-41
第六章四能级系统中电磁诱导的左手效应  41-47
  6.1 概述  41
  6.2 考虑复拉比频率位相时系统的密度矩阵运动方程  41-43
  6.3 四能级系统中的左手效应  43-45
  6.4 相干场拉比频率强度对出现左手效应区域的影响  45
  6.5 相干场强度对出现系统折射率的影响  45-46
  6.6 本章小结  46-47
致谢  47-48
参考文献  48-54
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  54

四能级系统中基于量子相干的非线性效应研究

内容摘要

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