周期結(jié)構中的量子干涉和負折射效應研究.pdf

1、光子晶體(Photonic Crystal，PC)是一種人造周期結(jié)構，1987年由Yablonovitch和John分別提出。由于其具有精確控制光場的能力，有望成為下一代基于全光技術的信息時代的主要光學元件。負折射率材料(Negative Refraction Material，NRM)是一種在同一頻段具有負的介電常數(shù)(ε<0)和負的磁導率(μ<0)的人工電磁材料，1967年由前蘇聯(lián)物理學家Veselago首先提出并研究。與傳統(tǒng)材料不同

2、，負折射率材料的電磁波波矢k，電矢量E與磁矢量H構成左手關系，因此也被稱為為左手材料(Left-handed Materials，LHM)，它所具有的奇特的光學與電磁學性質(zhì)以及在信息科學與技術方面的潛在應用引起了人們廣泛的關注與研究。光子晶體和負折射率材料由于其新奇的特性引起了科學家們的強烈興趣，在世界范圍內(nèi)掀起了一場材料的革命，并分別在1999年和2003年被美國著名科學雜志《Science》評選為十大科技進展的領域之一。 近

3、年來，國際上已經(jīng)研究出在許多種結(jié)構中實現(xiàn)負折射率材料的方案，包括人工異向材料、傳輸線網(wǎng)絡結(jié)構、光子晶體、手性結(jié)構材料、磁復合結(jié)構材料等。這些方案多為基于經(jīng)典電磁理論基礎上各向異性的組合材料方案，并且多在微波波段實現(xiàn)，而基于量子相干理論的光子共振材料實現(xiàn)方案具有原子水平、光頻段、各向同性等特點，它還可以避免人工組合材料對空間結(jié)構以及周期性的精密加工要求過高以及在短波段(如光頻段)存在著不可避免的較大損耗等問題，也是近年來人們研究各向同性負

4、折射材料的主要方向之一。本碩士論文在總結(jié)對比二能級、三能級方案的基礎上，著重分析研究了利用四能級原子模型的光子共振材料的實現(xiàn)方案。并隨后考慮利用周期光場做為四能級原子系統(tǒng)的控制光場構造出自感應可調(diào)光子晶體，并分析討論了該結(jié)構的光譜特性，我們通過調(diào)整周期結(jié)構和原子共振頻率兩個參數(shù)實現(xiàn)了對該結(jié)構光子帶隙的控制，為今后進一步研究光在該結(jié)構中的傳播特性做了鋪墊。本論文將分為四個部分： 第一章，簡要介紹了負折射率材料概念、特性和物理解釋、

5、以及研究歷史和研究意義，同時概述本論文的研究內(nèi)容及目的。 第二章，具體介紹原子相干和量子干涉的理論基礎，解釋并推導了半經(jīng)典電磁理論、綴飾態(tài)、量子干涉的原理以及電偶極矩、磁偶極矩與電磁場相互作用等概念，為后面各章節(jié)的深入研究和討論做鋪墊。 第三章，詳細論述了如何在原子能級系統(tǒng)中通過量子相干在光頻段實現(xiàn)負折射率材料的方法，分三節(jié)分別介紹利用二、三、四能級原子系統(tǒng)的三種實現(xiàn)方案。通過理論推導和數(shù)值模擬，具體論述了在強共振場驅(qū)動