基于原子相干效應(yīng)的相干反射的研究.pdf

1、光與原子相互作用，作為量子光學中一個非常重要的研究內(nèi)容，在近幾十年得到了蓬勃的發(fā)展，而基于相干光場與原子介質(zhì)相互作用的產(chǎn)物，原子相干效應(yīng)更是受到人們的廣泛關(guān)注。原子相干總是伴隨著量子干涉，在此基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了許多新奇有趣的量子現(xiàn)象。
　　本文基于原子相干，回顧了電磁誘導(dǎo)透明(EIT)效應(yīng)，介紹了近十幾年人們對基于原子非線性相干效應(yīng)的四波混頻技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向，簡單介紹了電磁誘導(dǎo)吸收光柵這一特殊的四波混頻過程。在此基礎(chǔ)上，重點介

2、紹了我們實驗小組在基于原子相干效應(yīng)方面開展的實驗和理論研究工作，主要包括:雙色耦合場作用于EIT系統(tǒng)的動力學過程的理論計算，駐波耦合場作用于不同原子能級上的相干輻射的實驗研究及理論分析;在原子氣體中，首次提出了在相位失配情況下，反常色散補償相位失配的理論，詳細分析了四光子相互作用過程;更進一步地，實驗上研究了在不同簡并二能級系統(tǒng)中（Fg＞Fe，F(xiàn)g=Fe和Fg＜Fe），實現(xiàn)相干反射的條件。具體內(nèi)容如下:
　　1)從理論上研究了雙色

3、耦合場作用于Λ型EIT系統(tǒng)的動力學過程，給出了原子與探針場作用的密度算符的通解形式。在此基礎(chǔ)上，詳細討論了特殊情況下，即在駐波耦合場條件下，原子介質(zhì)對探針場的吸收和色散特性，發(fā)現(xiàn)當只有向前耦合場作用時，原子對探針場的吸收很弱，色散特性為正常色散，即典型的EIT現(xiàn)象;而加入向后耦合場后，原子對探針場的吸收增強，色散由正常色散變?yōu)榉闯Ｉ?。由于原子對探針場產(chǎn)生吸收，導(dǎo)致在此過程中可能會出現(xiàn)高階非線性相干效應(yīng)（多波混頻），從而產(chǎn)生新的光場。<

4、br>　　2)在實驗上，觀察了當向后耦合場從無到有時，探針場由透明向吸收增強的轉(zhuǎn)變過程，證實了理論的分析。研究了在三能級銫原子氣體系統(tǒng)中，當作用光場不滿足相位匹配條件（或Bragg反射條件）的情況下，即wc＞wp，實驗上仍然獲得了高效率的相干反射場，并在理論上首次提出反常色散補償相位失配的理論，很好地解釋了實驗現(xiàn)象。
　　3)為了進一步驗證理論的適用性，依然在Λ型三能級系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)換耦合光場和探針場的作用能級，即wc＜wp，實驗研究

5、了在相位匹配角度（θ0=0.42°）下的相干反射情況，并測量了輻射場隨探針場與耦合場夾角的變化關(guān)系，分別討論了在相位匹配和相位失配兩種情況下的四波混頻過程，即四光子相互作用過程，而色散補償理論同樣很好地詮釋了實驗結(jié)果，并且在較寬的耦合場頻率失諧范圍內(nèi)，都能得到效率較高的輻射信號，這為實現(xiàn)多通道量子信息處理提供了更多選擇。
　　4)在實驗和理論上研究了在簡并二能級系統(tǒng)中（wc=wp），不同塞曼子能級結(jié)構(gòu)時（Fg＞Fe，Eg=Fe和F

6、g＜Fe）的相干反射情況，提出對于簡并二能級原子系統(tǒng)，只有在相干布居俘獲條件下，基態(tài)子能級之間形成穩(wěn)定的相干性，才能產(chǎn)生相干反射信號，并比較了光場頻率在雙光子失諧和共振下的相干輻射情況，進一步擴展了基于原子非線性效應(yīng)的相干輻射的應(yīng)用范圍。
　　其中創(chuàng)新性的工作包括:
　?、?在熱原子系統(tǒng)中，當耦合場和探針場頻率不滿足相位匹配條件（或Bragg反射條件）時，實驗上依然獲得了高效率的相干反射信號，研究了在不同駐波條件下，相干反射

7、場隨探針場頻率的變化情況;理論上，提出了反常色散補償相位失配的理論。
　?、?基于色散補償理論，比較了耦合場和探針場頻率在滿足和不滿足相位匹配條件下，相干輻射信號的變化規(guī)律;實驗研究了向前、向后耦合場在相干輻射過程中光強的變化，分析了四光子相互作用物理機制，即在相互作用過程中，原子吸收一個探針光子和一個反向傳播的耦合光子，同時又輻射一個同向傳播的耦合光子和一個反向傳播的信號光子（四波混頻場光子）。在理論擬合中，提出并應(yīng)用了有效長度