四能级原子系统中非线性电磁感应吸收的理论研究

在n型四能级原子系统中,研究了电磁感应吸收的非线性理论.结果表明:探测光的拉比频率和衰减分配系数A影响非线性吸收,进而影响介质吸收.当探测光光强较弱时,介质吸收和线性吸收一致,均表现为电磁感应吸收特征;当探测光光强增大时,介质吸收和线性吸收不再一致,介质吸收曲线将会呈现出烧孔现象;当探测光光强增大到控制光(或信号光)光强时,介质吸收表现出很大的增益现象.同时,非线性吸收受到衰减分配系数A的影响,即使在探测场很弱的条件下,随着A值的减小,介质吸收由电磁感应吸收现象表 关键词： 电磁感应吸收 非线性吸收 增益现象 n型四能级原子系统     

Y型四能级系统中电磁感应透明和巨Kerr非线性效应的研究

在Y型四能级原子系统中理论分析了外加相干控制场的强度变化对电磁感应透明和Kerr非线性效应的影响.结果发现:当外加的耦合场和抽运场的强度从相等变得不相等时,原子系统对探测场的吸收曲线从一个透明窗口逐渐变成了具有两个透明点的增益区间,透明点的位置、增益值的大小以及增益区间的宽度都与变化着的外场的拉比频率密切相关;当两个外场强度较弱并且相对强度减小时,Kerr非线性效应有所增强但同时伴随有吸收;而当两个外场的强度较强并且相对强度增大时,Kerr非线性的峰值也随之增大并且逐渐与透明点对应,即获得了无吸收巨Kerr非线性效应.研究还发现,抽运场的强度变化对Kerr非线性增强的影响作用较耦合场要大.     

准Λ型四能级原子系统在弱场中的增益及电磁感应透明

利用数值模拟的方法讨论了稳态下准型四能级原子与两光场相互作用系统对探测场的增益以及与粒子数布居规律之间的关系。结果表明即使在场较弱的情况下,随着探测场和它所对应能级间跃迁频率失谐量的变化,系统在所有拉比频率相位为零时对探测光总会同时呈现三个增益峰和两个固定的产生电磁感应透明(EIT)现象的位置,并且当系统呈现电磁感应透明的同时,探测场所对应的高能级粒子数为零;而拉比频率相位的变化则会导致系统对探测光既有吸收也有增益,并且也呈现电磁感应透明现象,但仅仅相位的变化并不影响高能级的粒子数分布。值得注意的是该结果均在精确求解下所得。     

准A型四能级原子系统在弱场中的增益及电磁感应透明

利用数值模拟的方法讨论了稳态下准型四能级原子与两光场相互作用系统对探测场的增益以及与粒子数布居规律之间的关系。结果表明即使在场较弱的情况下，随着探测场和它所对应能级间跃迁频率失谐量的变化，系统在所有拉比频率相位为零时对探测光总会同时呈现三个增益峰和两个固定的产生电磁感应透明（EIT）现象的位置，并且当系统呈现电磁感应透明的同时，探测场所对应的高能级粒子数为零；而拉比频率相位的变化则会导致系统对探测光既有吸收也有增益，并且也呈现电磁感应透明现象，但仅仅相位的变化并不影响高能级的粒子数分布。值得注意的是该结果均在精确求解下所得。     

开放的非共振梯型无粒子数反转激光系统非线性增益与色散的研究

本文给出了开放的非共振ladder型三能级无粒子数反转激光系统的非线性精确解,利用数值计算结果讨论了系统各参量的变化对激光场的增益和色散的影响.作者得到以下结论:当探测激光场和驱动场都共振时,无论其他参量如何变化,色散为零.当仅有探测场失谐(驱动场失谐)时,增益和色散随探测场失谐(驱动场失谐)的变化曲线分别具有偶对称性和中心对称性,当探测场和驱动场皆失谐时,这种对称性消失;适当调节探测激光场或(和)驱动场的失谐可获得最大或较大的无粒子数反转激光增益和无吸收高色散.增益和色散(粒子数差绝对值)随原子注入速率之比的增加单调增加(单调减小),且原子退出速率越大增加(减小)得越快.在探测场和驱动场适当失谐的情况下,保持系统其他参量不变,非相干泵浦速率只有在一定范围内取值时,才能获得无粒子数反转激光增益,并存在一个增益极大值.改变探测场或驱动场Rabi频率对无粒子数反转激光增益的影响与非相干泵浦速率改变时的情况类似.     

循环四能级相干原子介质中的光增益

我们在一个循环四能级相干原子系统中,理论研究了抽运场与调制场强度对信号场增益的作用。研究表明,在循环四能级相干原子介质中,调制场改变了四个能级间的粒子数布居分布,导致信号场被增益放大。对于N型四能级原子系统,当加入微小的调制场(调制场强度与信号场相等)时,共振处信号增益峰值提高了12倍。相干抽运场诱导信号场放大,且改变抽运场强度可以实现信号场由对应粒子数反转增益到无粒子数反转增益。且随着抽运场强度增加,共振增益的取值先变大后变小。该循环系统在光放大及增益效应研究中可能有重要应用。     

四能级Tripod-型原子系统中量子相干导致的交叉Kerr非线性效应

计算了四能级Tripod-型原子系统中探针光极化率随其频率失谐量的变化曲线.结果表明,当触发光作用于该系统的一个共振跃迁能级时,可使探针光的吸收和色散在其电磁感应透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)窗口(由耦合光产生)处发生显著变化.随着触发光Rabi频率的增加,探针光在EIT窗口的吸收显著降低,色散显著增加.这种由触发光引起的探针光极化率的变化对应着三阶Kerr非线性光学效应,这一效应在偏振量子相位门中有着潜在的应用价值.     

自发产生相干对探测场的色散和吸收影响

在Y形四能级原子系统中,分析了自发产生相干对探测场的色散和吸收影响. 结果发现,随着自发产生相干的增强,系统呈现的电磁感应透明窗口逐渐变窄,并在共振处出现反常色散,吸收从负值变为正值. 同时,当抽运场和耦合场的相对强度不同时,共振处附近吸收为零或出现增益,而两场强相等或接近时,系统对探测场表现为吸收. 关键词： 非线性光学 电磁感应透明 自发产生相干     

铷蒸气Λ-型系统中的受激Raman谱与光泵效应

从理论和实验上研究了⁸⁵Rb 原子蒸气D1线系统中的受激Raman现象. 在Λ-型能级系统中, 抽运光对弱探测光的影响有两部分: 受激Raman激发和光泵效应. 在一定的抽运光强度和失谐量条件下, 受激Raman谱表现为增益谱或损耗谱; 以光泵效应导致的吸收谱为背景时, 便分别形成了窄线宽透明窗口或线宽差异很大的吸收双线. 理论模拟和实验结果基本符合. 基于这些研究, 从新的角度阐述了在Λ-型系统中的电磁感应透明和Autler-Townes分裂这两个重要现象与受激Raman谱之间的关系. 关键词： 受激Raman谱 光泵效应 电磁感应透明 吸收双线     

相干布居囚禁振荡与拉曼失谐的关系

相干布居囚禁(CPT)振荡是一种基于CPT态而产生的瞬态振荡现象,与相干双色光频差和Λ型三能级结构原子基态能级间隔之间的拉曼失谐有关.本文采用锯齿波对微波信号进行频率调制,实现拉曼失谐均匀变化和阶跃变化.并通过建立频率调制速率和拉曼失谐变化速率之间的关系,分析拉曼失谐变化速率和变化方式对CPT振荡的影响.结果表明,当拉曼失谐均匀变化时,激发CPT态原子产生振荡现象需要满足变化速率较快的条件,且激发产生的振荡呈现非谐波振荡行为.当拉曼失谐发生阶跃变化时,激发产生的CPT振荡为阻尼振荡且振荡频率与失谐量相等.利用锯齿波进行微波频率调制,进而实现对拉曼失谐的调制,实现CPT态的完全建立和CPT振荡的完全衰减过程,在弱磁场测量和原子钟领域具有较大的应用潜力.     

计及激子-双激子相干下半导体单量子点中的空间光孤子对

考虑激子-双激子的相干效应, 解析地研究了半导体单量子点中探测光和信号光的吸收特性和非线性传播特性.结果发现, 在线性条件下, 单量子点中出现电磁感应透明现象; 进一步分析可得, 电磁感应透明所呈现的是单窗口或双窗口或光学增益均可通过调节控制光强加以控制.在非线性条件下, 弱信号光诱导弱探测光产生两个分量, 这两个分量在系统中所激发的自克尔和交叉克尔 非线性效应与系统的衍射效应相平衡从而形成稳定的亮-亮, 亮-暗, 暗-暗等空间光孤子对. 关键词： 半导体量子点 电磁感应透明 空间光孤子对     

微波场驱动下V型三能级原子的吸收和色散特性

当用微波场作用到V型三能级原子的两个激发态能级时,系统跃迁路径之间发生交叉耦合导致了量子相干效应.通过调节微波场的强度,可实现对原子吸收和色散性质的改变,并呈现零吸收高折射率现象.此外,微波场诱导的量子相干也可实现相对相位对探测光增益的控制.     

微波场驱动下V型三能级原子的吸收和色散特性

当用微波场作用到V型三能级原子的两个激发态能级时,系统跃迁路径之间发生交叉耦合导致了量子相干效应.通过调节微波场的强度,可实现对原子吸收和色散性质的改变,并呈现零吸收高折射率现象.此外,微波场诱导的量子相干也可实现相对相位对探测光增益的控制.     

电磁感应透明介质中非线性法拉第偏转

利用多重尺度法,解析地研究了V型五能级超冷原子电磁感应透明介质中弱的线偏振探测光的传播特性. 结果表明,仅考虑系统的线性效应,随着耦合光强度的增加,介质对探测光的吸收迅速减少,而探测光的传播速度逐渐增加,但比真空中的光速要低若干个数量级. 同时发现,在相同的外加磁场下探测光的非线性法拉第偏转方向与线性法拉第偏转相反,且偏转角更大. 这说明电磁感应透明介质中探测光的法拉第偏转主要是由系统的非线性效应调控. 关键词： 电磁感应透明 非线性法拉第偏转     

Spectral specific features of the interaction of two fields of arbitrary intensity with three-level Λ-systems

The spectrum of absorption of a probe field of arbitrary intensity by three-level atoms with the Λ configuration of levels in the field of a strong electromagnetic wave acting on an adjacent transition is studied theoretically. It is shown that the supernarrow resonance, revealed earlier by us, in the absorption spectrum of the probe field far from the resonance with the atomic transition is retained as the probe field intensity increases. The dependence of the amplitude and of the width of the supernarrow resonance on the probe-field intensity is elucidated. The resonance contrast decreases insignificantly (by only a factor of several), even when the probe-field intensity becomes comparable with the intensity of the strong field.     

Effect of spontaneously generated coherence on probe response in an open system

The effect of spontaneously generated coherence on the probe response in an open ladder atomic system with equispaced levels is studied. The result shows that by adjusting the strength of spontaneously generated coherence (SGC), electromagnetically induced transparency (EIT) and high dispersion (index of refraction) with zero absorption can be realized, a much larger gain without inversion (GWI) than that without SGC can be obtained. Moreover, in the open system and for some strength of SGC, GWI without the incoherent pumping is much larger than that with the incoherent pumping; however, in the corresponding closed system, when the incoherent pumping is absent, we cannot obtain any gain (with or without inversion) for any strength of SGC. In addition, the manipulation role of the atomic exit and injection rates on SGC-dependent absorption property is analyzed for the case when the incoherence pumping does not exist.     

Nonlinear gain and dispersion in the four-level Λ-type system

The nonlinear gain and dispersion spectra of a four-level Λ-type system, which driven by a weak probe field and coupling field, is investigated. Using the perturbation method, third-order perturbation iterative solutions of the steady density matrix equations are obtained. We find that effect of the SGC on the nonlinear gain and dispersion are negligible. At the resonant coupling, nonlinear dispersion spectra of the two transition paths are symmetrical about a line, but the nonlinear absorption spectra are symmetrical about a point. The degeneration of the two lower states greatly modifies the nonlinear gain and dispersion spectra.     

Electromagnetically Induced Transparency in a Four-Level Atomic System

In this paper, we analyze and discuss the absorption properties of the probe beam in a four-level atomic system with a nearly hyper-fine doublet structure of two higher-lying excited levels based on electromagnetieally induced transparency (EIT) for the two cases of transient process and steady-state process. The main gain of this work is to investigate theoretically the influence of the nearly hyper-fine levels on the probe absorption. For the transient process, using the numerical calculations by a simple Mathematica code we find that the magnitude of the probe absorption at the line center is small compared to the typical three-level atomic system in the context of electromagnetieally induced transparency. For the case of the steady state, our results show that the probe absorption can be completely eliminated at the line center of the probe transition just as the usual three-level EIT scheme.