Λ型三能級(jí)原子系統(tǒng)中光學(xué)性質(zhì)相干控制及周期量級(jí)激光脈沖傳播的研究.pdf

1、本論文主要進(jìn)行了兩個(gè)方面的理論研究工作：一方面對(duì)非均勻展寬的人型三能級(jí)系統(tǒng)中無(wú)反轉(zhuǎn)激光及量子相干控制進(jìn)行理論研究；另一方面，采用時(shí)域有限差分法和預(yù)估校正運(yùn)算法則數(shù)值求解麥克斯韋—布洛赫方程，模擬了周期量級(jí)激光脈沖在稠密的Lambda型三能級(jí)原子系統(tǒng)中的傳播過(guò)程。全文內(nèi)容共分八章，內(nèi)容如下： 第一章為綜述，對(duì)無(wú)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)激光，相干控制和無(wú)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)激光產(chǎn)生的基本原理以及超短激光脈沖的發(fā)展和應(yīng)用作了簡(jiǎn)單的闡述，介紹了當(dāng)前這一研究課題

2、的研究現(xiàn)狀和研究?jī)?nèi)容。 第二章討論了封閉的人型三能級(jí)系統(tǒng)中Doppler展寬對(duì)LWI增益的影響，研究發(fā)現(xiàn)：不慣探測(cè)場(chǎng)和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)是同向傳播還是反向傳播，驅(qū)動(dòng)場(chǎng)是失諧還是共振，系統(tǒng)獲得的GWI都不隨Doppler展寬值的增大而單調(diào)地減小或增大：除探測(cè)場(chǎng)和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)反向傳播且驅(qū)動(dòng)場(chǎng)失諧的情況外，在一定的條件下，選擇適當(dāng)?shù)腄oppler展寬值，可以得到比不存在Doppler效應(yīng)時(shí)大得多的GWI：尤其是當(dāng)探測(cè)場(chǎng)和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)同向傳播且驅(qū)動(dòng)場(chǎng)共振時(shí)，獲

3、得的GWI更大。另外，我們的研究還表明，在探測(cè)場(chǎng)和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)反向傳播情況下，Doppler展寬值足夠大時(shí)，增益出現(xiàn)振蕩，振蕩的區(qū)域和幅度隨著Doppler展寬值的增大而增大。這些結(jié)論是與以前關(guān)于封閉人型系統(tǒng)中Doppler展寬對(duì)LWI增益影響的研究結(jié)果(即增益(或強(qiáng)度)隨Doppler展寬值的增加而單調(diào)減小)大不相同的。 第三章在第二章研究的基礎(chǔ)上首次討論了自發(fā)輻射誘導(dǎo)相干對(duì)Doppler展寬的封閉八型系統(tǒng)中探測(cè)場(chǎng)無(wú)反轉(zhuǎn)增益的影響，

4、結(jié)果表明：不管探測(cè)場(chǎng)和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)是同向傳播還是反向傳播，在Doppler展寬值較小時(shí)，存在SGC時(shí)系統(tǒng)可獲得明顯大于不存在SGC效應(yīng)時(shí)的LWI增益；存在SGC效應(yīng)時(shí)LWI增益所對(duì)應(yīng)的探測(cè)場(chǎng)失諧的取值范圍明顯大于不存在SGC效應(yīng)時(shí)的取值范圍；Doppler展寬值一定時(shí)，LWI增益的極大值不隨SGC強(qiáng)度的增大而單調(diào)地減小或增大，選擇合適的SGC強(qiáng)度值，可獲得最大的LWI增益。 第四章首次研究Doppler展寬的封閉系統(tǒng)中探測(cè)場(chǎng)和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)之

5、間的相對(duì)位相對(duì)探測(cè)場(chǎng)的增益和粒子數(shù)布居的控制作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1)不管探測(cè)場(chǎng)和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)是同向傳播還是反向傳播，驅(qū)動(dòng)場(chǎng)是失諧還是共振，無(wú)反轉(zhuǎn)增益總是隨相對(duì)位相的改變而作周期性變化，周期為2π。(2)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)共振時(shí)，無(wú)反轉(zhuǎn)增益極大值隨Doppler展寬值的增大而單調(diào)減小，且反向傳播時(shí)比同向傳播時(shí)減小的速度更快；驅(qū)動(dòng)場(chǎng)失．諧時(shí)，無(wú)反轉(zhuǎn)增益的極大值隨Doppler展寬值的增大不再單調(diào)地減小或增大。在以上兩種情況下，均可以通過(guò)調(diào)節(jié)相對(duì)相位的數(shù)值而得到

6、最大的無(wú)反轉(zhuǎn)增益。(3)自發(fā)輻射誘導(dǎo)相干性對(duì)無(wú)反轉(zhuǎn)增益的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于動(dòng)力學(xué)相干性的貢獻(xiàn)。 第五章推導(dǎo)了不采用旋波近似和慢變包絡(luò)近似下的全波麥克斯韋一布洛赫方程，并對(duì)時(shí)域有限差分法和預(yù)估校正運(yùn)算法則作了細(xì)致的闡述。 第六章采用時(shí)域有限差分法和預(yù)估校正運(yùn)算法則數(shù)值求解了不采用旋波近似和慢變包絡(luò)近似下的全波麥克斯韋一布洛赫方程，模擬了周期量級(jí)脈沖在稠密Lambda型三能級(jí)原子介質(zhì)中的傳播特性，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：超短脈沖在稀疏介質(zhì)和稠

7、密介質(zhì)中的傳播規(guī)律有明顯的不同；在稀疏介質(zhì)中，由于電場(chǎng)時(shí)間導(dǎo)數(shù)項(xiàng)的影響，脈沖的后沿出現(xiàn)振蕩；在稠密介質(zhì)中，脈沖的前沿和后沿均出現(xiàn)振蕩；大面積脈沖在稀疏介質(zhì)中傳播時(shí)不發(fā)生分裂，而在稠密介質(zhì)中傳播時(shí)發(fā)生分裂：在稠密介質(zhì)中脈沖的傳播延遲于在稀疏介質(zhì)中脈沖的傳播，入射脈沖面積越大，差別越明顯。脈沖在稀疏介質(zhì)和稠密介質(zhì)中傳播過(guò)程中的粒子數(shù)布居演化情況明顯不同。另外在稠密介質(zhì)中，考慮和不考慮LFC兩種情況下，脈沖的拉比頻率的時(shí)間演化規(guī)律明顯不同：由

8、于NDD相互作用會(huì)增強(qiáng)和減弱光與物質(zhì)的相互作用，導(dǎo)致考慮NDD相互作用時(shí)脈沖的振幅大于和小于不考慮NDD的情況；對(duì)大面積脈沖，脈沖發(fā)生分裂，脈沖發(fā)生分裂，子脈沖間的間距隨著傳播距離的增加而增大，而且考慮LFC時(shí)的子脈沖間的間距小于不考慮LFC時(shí)兩脈沖的間距；原子密度大的介質(zhì)內(nèi)，考慮和不考慮LFC兩種情況下，能級(jí)|1>，|2>和|3>上的粒子數(shù)布居的分布明顯不同；入射脈沖的面積越大，LFC對(duì)脈沖和粒子數(shù)布居的影響越大。 第七章研究

9、了單色周期量級(jí)激光脈沖在稀疏介質(zhì)和稠密介質(zhì)中傳播時(shí)的脈沖頻譜演化規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：不管是在稀疏介質(zhì)中還是在稠密介質(zhì)中，由于自相位調(diào)制作用，頻譜均被展寬，而在稠密介質(zhì)中頻譜的寬度要遠(yuǎn)大于稀疏介質(zhì)中的情況，這主要是由于近偶極-偶極作用導(dǎo)致的。在稠密介質(zhì)中，由于近偶極-偶極作用和自相位調(diào)制作用，頻譜出現(xiàn)高頻連續(xù)波，可以得到最高頻率為10ωρ的超連續(xù)譜。第八章對(duì)雙色周期量級(jí)激光脈沖在稠密的八型三能級(jí)原子介質(zhì)中的傳播特性進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩色脈沖