频率变化的压缩态光场与原子的相互作用

研究了频率随时间变化的压缩态光场与二能级原子的相互作用，主要讨论了光场频率随时间作正弦调制和脉冲调制两种典型情况下原子布居数反转随时间的演化特性.当光场频率随时间作正弦调制时，不仅光场频率调制，而且压缩态的压缩系数和压缩相位均对原子布居数反转的崩塌-回复过程有影响.当光场频率随时间作脉冲调制时，脉冲调制的突变使各拉比振荡之间的相干性发生改变，并在原子布居数反转随时间演化过程中诱导出新的崩塌-回复过程，尤其在脉冲出现的区间内，原子布居数反转表现出持续的小幅快速振荡，这与压缩态的压缩系数无关. 关键词： Jaynes-Cummings模型 压缩态 原子布居数反转     

变频率压缩态光场与原子的相互作用

研究了频率随时间变化的压缩态光场与二能级原子的相互作用，主要讨论了光场频率随时间作正弦调制和脉冲调制两种典型情况下，原子布居数反转随时间的演化特性。当光场频率随时间作正弦调制时，不仅光场频率调制，而且压缩态的压缩系数和压缩相位均对原子布居数反转的崩塌—回复过程有影响。当光场频率随时间作脉冲调制时，在原子布居数反转随时间演化过程中诱导出新的崩塌—回复过程，尤其在脉冲出现的区间内，原子布居数反转表现出持续的小幅快速振荡，这与压缩态的压缩系数无关。     

非旋波近似下二能级原子与频率变化光场作用的量子特性

在非旋波近似下,研究了频率随时间变化的相干态光场与二能级原子的相互作用,讨论了光场频率随时间作正弦和方波变化时,原子布居数反转随时间的演化特性。数值计算结果表明,当光场频率不随时间变化时,原子布居数反转的周期随着平均光子数的增大而增大;当光场频率随时间作正弦变化时,原子布居数反转塌缩回复的周期和振幅受到了很大影响,光场频率对演化曲线的振荡频率起到了调制作用;当光场频率随时间作方波变化时,原子布居数反转塌缩回复的周期发生了改变,而且出现了新的塌缩回复现象。     

压缩态初始光场下变耦合系数的Jaynes-Cummings模型

讨论了初始光场为压缩态而且原子一场耦合系数随时间线性变化情形下的Jaynes—Cummings模型。具体研究了原子布居数反转、光场的压缩等随时间的演化性质,讨论了初始光场的压缩系数、压缩相位及耦合系数变化的快慢对这些性质的影响。结果表明,随着光场压缩系数的增大,原子布居数反转的崩塌—回复现象的频率加快,回复值减小,且场中不再出现压缩性。当耦合系数变化较快时会加速崩塌—回复现象。压缩相位增大时,则会减缓崩塌—回复现象的频率,并使回复值减小。     

变频率光场与二能级原子的相互作用：双光子过程

研究了二能级原子与单模电磁场相互作用时的双光子过程,主要考虑了在相干态初始条件下场频率发生变化时的情况,讨论了场频率随时间作正弦缓慢变化对原子布居数反转、光场压缩与原子压缩等特性的影响.结果显示,场频率的改变将使得原子布居数反转的崩塌回复周期增大,回复值减小,而光场及原子压缩效应减弱. 关键词： 布居数反转 光场压缩 原子压缩 双光子过程     

多光子过程中相位退相干时两原子布局数反转

利用全量子理论的方法,研究了存在相位退相干时多光子T-C模型中两个二能级原子与二项式光场相互作用系统中两原子的布居数反转。讨论了相位退相干系数、二项式光场系数、最大光子数、跃迁光子数对原子布居数反转的影响。结果表明：相位退相干减少了原子布居数反转的振幅、破坏了原子的量子特性。改变跃迁光子数,可以改变原子间布居数反转演化周期及演化强度。当二项式光场的最大光子数增大时,原子布居差的崩塌-回复现象就会逐渐消失。相位退相干因子不变时, 二项式光场从相干态过渡到数态过程中,原子布居的振荡频率由大变小,周期性的崩塌与回复现象逐渐消失。     

多光子过程中相位退相干时两原子布局数反转

利用全量子理论的方法,研究了存在相位退相干时多光子T-C模型中两个二能级原子与二项式光场相互作用系统中两原子的布居数反转。讨论了相位退相干系数、二项式光场系数、最大光子数、跃迁光子数对原子布居数反转的影响。结果表明：相位退相干减少了原子布居数反转的振幅、破坏了原子的量子特性。改变跃迁光子数,可以改变原子间布居数反转演化周期及演化强度。当二项式光场的最大光子数增大时,原子布居差的崩塌-回复现象就会逐渐消失。相位退相干因子不变时, 二项式光场从相干态过渡到数态过程中,原子布居的振荡频率由大变小,周期性的崩塌与回复现象逐渐消失。     

非旋波近似下频率变化的场与原子的相互作用

研究了非旋波近似下频率随时间变化的相干态光场与二能级原子的相互作用，主要讨论了光场频率随时间作正弦和方波变化两种典型情况下，原子布居数反转随时间的演化特性. 当光场频率随时间作正弦变化时，原子布居数反转的崩塌-回复过程和由虚光子过程引起的快速振荡均会受到影响. 当光场频率随时间以方波形式变化时，脉冲调制不仅在原子布居数反转随时间演化过程中诱导出新的崩塌-回复过程，而且可以引起虚光子快速振荡的突变. 关键词： Jaynes-Cummings模型 非旋波近似 原子布居数反转     

基于拉曼耦合Jaynes-Cumming-Paul模型的原子布居数反转动力学演化

本文主要研究了拉曼耦合Jaynes-Cumming-Paul模型中原子布居数反转的动力学演化.讨论在不同初始状态时,在相互作用过程中原子布居数反转的演化情况.结果表明,无论原子处于相干还是非相干叠加态,只要当输入光场为Fock态时,反转现象明显;当输入光场为相干态时,反转现象存在但不明显;当输入光场为压缩真空态和热态时,几乎无反转现象.     

原子玻色-爱因斯坦凝聚体对光场压缩特性的影响

运用全量子理论,研究了单模压缩相干态光场与[I]型三能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)相互作用系统中光场的压缩特性.结果表明:光场在与原子BEC相互作用过程中呈现周期性压缩,BEC原子能级的初始占据率对光场的压缩特性具有重要影响,光场压缩的振荡周期与光场圆频率有关.当初始时刻原子全部处于基态时,光场压缩呈现规则的周期性振荡.而当初始时刻激发态上有原子占据时,光场压缩的时间演化曲线产生明显的畸变,且这种畸变随初始时刻激发态原子占据率的增大而增大.激发态原子占据率还对光场的最大压缩深度有一定的影响,激发态原子占据率较大时,光场的最大压缩深度也较大.     

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在理想条件下,为了研究等离子体参数、填充率、入射角度和介质层相对介电常数对一维三元磁化等离子体光子晶体的禁带特性的影响,用由传输矩阵法计算得到的TE波任意角度入射时的左旋极化波(LCP)和右旋极化波(RCP)的透射系数来研究其禁带特性。结果表明,仅增加等离子体碰撞频率不能实现禁带宽度的拓展,改变等离子体频率、填充率和介质层的相对介电常数能实现对禁带宽度和数目的调谐。改变等离子体回旋频率能实现对右旋极化波的禁带的调谐,但对左旋极化波的禁带几乎无影响。入射角度的增大使得禁带低频区域带宽变大,而高频区域带宽则是将先减小再增大。     

Interaction of ultrashort elliptically polarized laser pulses with nonlinear helical photonic metamaterial

The effect of nonlinear properties of a material with a periodic structural cell (three-dimensional spiral) on the specificity of transmission and reflection of elliptically polarized laser pulses normally incident on the metamaterial is studied using the finite-difference time-domain method. An analysis of the hodograph of electric-field strength vector showed that an increase in the peak intensity of a linearly polarized laser pulse incident on a sample leads to an increase in the orthogonal component of the electric-field strength vector in the pulse transmitted through the medium. When pulses containing few electric-field periods are incident on a metamaterial, the latter demonstrates radically different optical properties for right- and left-handed circularly polarized light passing through the medium. It was shown that an increase in the intensity of a right-handed (left-handed) circularly polarized ultrashort pulse, incident on a sample composed of a rather large number of right-handed (left-handed) spirals made of nonlinearmaterial, widens the frequency range within which the incident light is almost entirely reflected from the medium.     

折射率梯度引起反转的光自旋霍尔效应研究

从经典电动力学出发,研究了由折射率梯度导致的反转光自旋霍尔效应。通过分析光从光疏介质入射到光密介质和从光密介质入射到光疏介质两种情况,揭示了光自旋霍尔效应中的横移与偏振态、折射率梯度以及入射角等因素的定性关系。当入射角一定时,光从光疏介质入射到光密介质时的水平偏振横移绝对值大于垂直偏振横移,而从光密介质入射到光疏介质的情况正好与之相反,并且传输场的横移方向取决于折射率梯度方向,增大入射角能明显增强光自旋霍尔效应,对某一特定的线偏振光束,其左、右旋圆偏振光分量的横移等值反向。这些研究结果为调控光自旋霍尔效应提供了有效途径。     

Rotation of polarization and ellipticity of ultrasound in helicon-phonon resonance conditions in indium

Rotation of polarization as well as ellipticity of initially linearly polarized transverse ultrasonic mode have been observed and investigated in helicon-phonon resonance region in single crystal of indium. The peculiarities of the experimental curves of rotation angle and ellipticity have shown, that the considered phenomena are determined by the superposition of three circularly polarized waves: left-handed polarized phonon and two right-handed polarized coupled helicon-phonon modes.     

Giant Raman optical activity of the 128-cm-1 mode in α-quartz

The threshold intensity of stimulated Raman scattering along the c-axis in α-quartz was measured for the 128-cm^-1 optical lattice vibration as a function of pump laser polarization at T = 10 K. In a right-handed, optically active quartz crystal the Raman threshold intensity for left-handed, circularly polarized pump light was lower by a factor of about 1.5 than for right-handed, circularly polarized light. The difference in threshold intensity is discussed in terms of Raman optical activity.     

左手材料中圆偏振光束的反常旋转特性研究

根据Whittaker标量势理论,建立了圆偏振光束的矢量传输模型.基于这一模型研究了圆偏振光束在左手材料中的反常旋转特性.通过分析光束偏振态、衍射对强度质心旋转特性的影响,发现圆偏振光束在左手材料中旋转方向反转并揭示其旋转角等于古伊相.采用分析横向能流的方法,揭示左手材料中反向的横向能流是导致反常旋转特性的主要原因.对圆偏振光束在左手材料中反常旋转特性的研究,有利于增强对左手材料中光束传输特性的认识. 关键词： 左手材料 圆偏振光束 旋转特性     

Metalens for coaxial double wavelength focusing

We propose a metalens for coaxial double wavelength focusing.One focusing spot is a circular solid spot,and the other focusing spot is a doughnut-shaped spot that is circling the solid spot.The designed metalens was composed of a met a-molecular nanostructured cell array.Each meta-molecular nanostructured cell was divided into four squares.Two slots with exactly the same shape,but usually with the rotation angle measured clockwise from the positive x axis,are etched into the gold film in two diagonally connected squares.Another two slots with the same shape but with the rotation angle measured counter-clockwise from the positive x axis are etched into another two diagonally connected squares in the same cell.The lasers with two different wavelengths are trans?formed into right-handed and left-handed circularly polarized beams,respectively.The two sets of slots with different azimuthal rotations modulated the phases of incident right-handed and left-handed circularly polarized beams independently.The numerical simulation with finite-difference time-domain(FDTD) software was carried out,and the experimental verification was also implemented.Both the experimental result and the numerical simulation agree well with the theoretical design.     

基于复合超构表面的宽带圆极化双功能器件设计

多功能器件的设计是推动新一代电磁系统发展的重要力量,而超构表面因其对电磁波的幅度、相位和极化等特性的灵活调控在多功能器件领域备受关注.传统的多功能超构表面是利用各向异性单元对相互正交的线极化波具有不同响应的特性,从而设计出适用于线极化的多功能器件.本文提出了一种缝隙加载的环I形复合超构表面单元,通过单元臂长和旋转角度的调整实现了对圆极化电磁波传输和几何相位的独立控制.利用上述两种相位的共同作用,打破了左旋和右旋圆极化电磁波操控中存在的固有关系,为圆极化双功能器件的设计提供了新的思路.在此基础上,利用复合超构表面分别设计了异面偏折器和定向/涡旋光束产生器,实验结果表明,本文设计的两种反射型圆极化双功能器件在9—13 GHz的宽频带范围内均能良好工作.     

Bispectral Circular Dichroic Coding Metasurfaces

The frequency-dependent circular dichroism is proposed to extend the wave manipulating capability of coding metasurfaces. As a proof of concept, the bispectral circular dichroic coding metasurfaces (CDCMs) are realized using circular dichroism resonators (CDRs) implemented via introducing loss resistors into the circular polarization conversion resonators. The CDRs are distinguished into left-handed CDRs and right-handed CDRs. Left-handed CDRs absorb left-handed circularly polarized (LCP) wave and convert right-handed circularly polarized (RCP) wave into LCP wave. Conversely, they are defined as right-handed CDRs. Two bispectral CDRs are designed with the left-handed (right-handed) and right-handed (left-handed) working bands in 7–8.5 and 22.2–22.5 GHz, respectively. And then, 1 bit bispectral CDCM with 0101…/1010… coding sequence is designed. Simulated results indicate that the designed CDCM strongly absorb the incident LCP (RCP) waves in the frequency region 7–8.5 GHz (22.2–22.5 GHz), but the incident RCP (LCP) waves are anomalously reflected into four beams of the LCP (RCP) waves with high efficiency. The measured results agree well with the simulations. The results in this work may provide an effective solution for the inverse and helicity-dependent manipulation of the electromagnetic waves in two distinct frequency regions.     

双层开口环的圆二色性数值研究

基于琼斯矩阵的推导提出一种金属手性纳米结构-双层开口环阵列结构，其开口方向扭转一定角度以破坏对称性，并应用有限元方法研究圆二色性（CD）特性.研究表明：在左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的激发下，该结构表现出巨大差异使得CD产生，其CD值达到0.34.结构的电流分布表明，在短波长处，上下层圆环的等效偶极子耦合可形成反键模式，在长波长处，上下层圆环的等效偶极子耦合可形成成键模式，研究结构参数对CD的影响.理解圆二色的物理机制，并提供一种设计手性结构的方法.