固体材料中原子相干效应的研究进展

原子相干效应是光与物质相互作用的结果,它导致了一系列重要的物理现象。目前原子相干的实验研究工作主要在原子气体中开展,而与之相比固体材料中的相关实验研究具有更实际的应用前景。本文系统介绍了近年来固体材料中原子相干效应的研究进展,主要涉及电磁感应光透明、光速减慢与相干存储、存储光信息的可控制擦除、基于光存储的全光路由、双光脉冲的速度减慢和可逆存储和基于原子相干的增强四波混频等基本内容,最后还讨论了其在相关领域的应用。     

固体材料中原子相干效应的研究进展

原子相干效应是光与物质相互作用的结果,它导致了一系列重要的物理现象。目前原子相干的实验研究工作主要在原子气体中开展,而与之相比固体材料中的相关实验研究具有更实际的应用前景。本文系统介绍了近年来固体材料中原子相干效应的研究进展,主要涉及电磁感应光透明、光速减慢与相干存储、存储光信息的可控制擦除、基于光存储的全光路由、双光脉冲的速度减慢和可逆存储和基于原子相干的增强四波混频等基本内容,最后还讨论了其在相关领域的应用。     

基于自发辐射相干实现光学前驱动场

研究一个具有两个靠得足够近激发能级的双Lambda模型, 在矩形脉冲中分离出光学前驱动场. 当耦合场是大失谐时, 该原子系统在自发辐射相干效应的影响下产生一个透明窗口并伴随着陡峭的色散曲线. 因此, 由于透明窗口中的慢光效应可以使光学前驱动场从主脉冲场中分离出来. 另外, 我们通过调控脉冲波形序列研究探测场相位和幅值的累积光学前驱动波. 数值结果表明: 由于累积光前驱动场与脉冲主场的相长干涉大大地提高瞬态脉冲的能量.     

基于超导量子比特的电磁感应透明研究进展

超导量子计算是目前被认为最有希望实现量子计算机的方案之一. 超导量子比特是超导量子计算的核心部件. 如何尽可能的增加超导量子比特的退相干时间, 大规模的集成超导量子比特已成为超导量子计算研究的主要方向. 超导量子比特作为宏观的人工原子, 有许多量子光学现象都能够在其中观测到. 利用超导量子比特实现电磁感应透明为研究超导量子比特的退相干机理提供了新手段, 为研究非线性光学、光存储、光的超慢速传输等量子光学效应开辟了新思路. 本文介绍了电磁感应透明的理论基础, 总结了目前针对超导量子比特的电磁感应透明研究进展, 对比了一般气体原子与超导量子比特的电磁感应透明区别, 并对超导量子比特实现电磁感应透明的潜在应用进行了总结和展望.     

双光子失谐对慢光和光存储影响的实验研究

利用电磁感应透明(EIT)效应在87Rb热原子气室中进行了慢光和光存储的实验研究,在单光子红失谐650 MHz处测量了双光子失谐对光脉冲延迟和光存储的影响.结果表明:在双光子失谐0—0.5 MHz范围内存在显著的光脉冲延迟和光存储恢复信号,其慢光波形与理论计算结果基本相符;而恢复光脉冲信号随着双光子失谐的变化出现形变,这是由于多个EIT子系统之间的干涉引起的.这一研究结果为连续变量光场在热原子系综中的存储提供了实验参考.     

一维冷原子晶格中相干诱导三光子带隙

基于电磁感应透明技术,将相干耦合的Tripod型原子俘获在一维光晶格中并使其呈高斯型分布,由于介质的折射率被一维光晶格周期性调制,从而实现动态调控的三光子带隙结构.通过求解光场与原子相互作用密度矩阵方程以及光波在周期性介质中散射的传输矩阵方程,计算出探测场在相干驱动介质中的稳态反射谱和透射谱.计算结果表明:光子带隙的位置、宽度以及反射率可以通过改变两个耦合场的失谐、强度和几何布拉格失谐来调谐.     

电磁感应双光子光透明有共振吸收增强

研究了相干场控制下的电磁感应双光子光透明。讨论了外加相干场对双光子吸收特性的影响,分析了电磁感应双光子光透明及共振吸收增强的物理机制。应用密度矩阵方法推导出相干场作用下双光子吸收上能粒子数的二阶近似表达式,同时利用微扰法在原子缀饰态表象中推导出双光子跃迁速率的解析表达式。并讨论了系统中多普勒效应的影响。     

光子带隙材料及亚波长微结构材料中等离子体共振导致的量子相干效应

我们对两类光学材料-光子晶体及左手材料中的量子相干效应进行了理论研究。光子带隙材料通常是指人工制作的具有光子通带和禁带的光学材料，它可以用来控制光场的传输及某些微观过程。光子晶体是典型的光子带隙材料，光子晶体的周期性结构导致其中的原子的量子光学性质与自由空间中明显不同，例如出现光局域化与原子自发辐射的抑制、光子-原子束缚态、二能级原子布居数囚禁等现象。最近的研究还表明心，特殊的态密度分布会导致感应透明现象，使得原子对与其共振的探测光场的吸收趋于零。这与电磁感应透明（EIT）类似，但不需要外加耦合场来建立相干。我们系统地研究了光子晶体特殊态密度产生的量子相干效应，包括三能级系统的感应透明、无反转增益、光速减慢等，及四能级系统的自发辐射和光开关效应，发现强的量子相干效应导致原子辐射与吸收性质产生多方面的改变。     

二维电磁感应光子带隙的动态生成与调控

研究了由两个垂直传播的强驻波激光场共同耦合的一个四能级Tripod型冷⁸⁷Rb原子介质的稳态光学响应特性. 结果发现, 当两驻波场满足双光失谐条件时, 可在这两驻波场的传播方向上同时获得反射率高达95%以上的电磁感应光子带隙结构; 通过适当调节强激光场, 还可实现一个方向为光子带隙而另一个方向为透明窗口或者两个方向均为透明窗口的结构. 并且光子带隙和透明窗口的频宽和位置是可调谐的. 这种全光控制的二维的信号光禁闭和导通机制可用于实现全光开关和全光路由, 有利于复杂的全光通讯网络的开发. 关键词： 相干诱导光子带隙 电磁感应透明 周期调制原子相干     

弱射频场中Rydberg原子的电磁感应透明

在铯原子室温蒸气池中研究了弱射频场中Rydberg原子阶梯型三能级系统的电磁感应透明(EIT)效应.铯原子基态6S_(1/2)、第一激发态6P_(3/2)和Rydberg 48D_(5/2)态形成阶梯型三能级系统,探测光共振作用于6S_(1/2)(F=4)→6P_(3/2)(F′=5)的跃迁,耦合光在Rydberg跃迁线6P_(3/2)(F′=5)→48D_(5/2)附近扫描,形成Rydberg原子EIT.当对铯原子施加一个80 MHz的弱射频电场时,48D_(5/2)Rydberg原子的EIT光谱发生Stark频移和分裂,同时产生由射频场调制Rydberg能级的偶数级边带,测量结果与Floquet理论模拟的结果相符合.同时,改变弱射频电场的频率研究了铯Rydberg能级的自电离效应对Rydberg原子Stark谱的影响,据此,我们提出将电极板置于铯原子蒸气池内的方案以减少自电离效应的影响.在弱射频Stark谱中,mj=5/2的Stark谱与mj=1/2,3/2的二级边带形成多个能级交叉,这些能级交叉点提供了一种基于原子的精确校准射频电场的新方法.