稳态V型和A型无粒子数反转激光增益的比较研究

在相应参量取值相同的情况下,利用数值模拟的方法对比研究了封闭的V型和A型原子系统稳态增益随相干光场失谐量的变化规律.研究发现,这两种系统的稳态探测激光增益随探测激光场失谐量的变化曲线具有相似的形状,但数值上存在差异.这一现象与两种系统的原子相干性与粒子数分布的特点直接相关.另外,还发现驱动激光失谐及由于自发辐射诱导相干导致的原子相干性的增强能显著影响探测激光增益.     

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.     

三能级三模量子系统中探测场的增益研究

研究了三能级原子与多模光场相互作用的量子系统，从系统的密度矩阵运动方程出发讨论了无粒子数反转探测场的增益条件，发现当驱动场拉比频率取5，探测场拉比频率取1，非相干抽运取3，驱动场失谐量取3时，系统可以在偏离共振的两端获得粒子数无反转而相应的探测场获得了增益，即实现了无粒子数反转激光，其在光通信方面具有重要的应用价值。     

四能级双V型原子系统中考虑自发辐射相干的无粒子数反转激光

提出了一个由两个弱探测场和两个强耦合场驱动的四能级双V型原子系统, 研究发现在四波混频共振条件下, 两探测场均可被放大而无须粒子数反转. 值得注意的是, 由于所选择的激发态为超精细结构的两个近能级, 这里必须考虑自发辐射相干效应的影响. 与不考虑自发辐射相干相比, 同样参数条件下探测场的增益得到大幅度提高.而且, 探测场增益对相位非常敏感, 即增益-吸收线型受相位周期性调制, 同时也受两个偶极矩之间夹角θ制约. 此外还分析了相干抽运场 (强耦合场)的失谐对增益谱线产生的影响. 关键词： 无粒子数反转激光 四波混频 自发辐射相干     

有初始相干性注入的V型无粒子数反转激光系统的非线性增益分析和粒子数差振荡现象

本文给出了有初始相干性注入的V型无粒子数反转激光系统的非线性注解,分析了 系统参量变化对无粒子数反转激光增益和与探测场相互作用的两能级之间的粒子数差的影 响,我们发现伴随着驱动场Rabi频率的增加,粒子数差的变化表现出一个振荡行为,我们对这一新现象给出了解释。     

非相干泵浦对原子系统位相相关吸收性质的影响

研究发现在具有真空诱导相干性的开放和封闭ladder 型原子系统中,探测场和驱动场之间相对位相对吸收性质有重要的调制作用,同时非相干泵浦对位相相关的吸收性质有显著的影响.在这两种系统中,通过调节非相干泵浦,可以实现从吸收到增益和从粒子数反转激光到无粒子数反转激光的转化,并可获得最大的无反转激光增益.但是,当非相干泵浦不存在时,对相对位相的任意值,在封闭系统中只出现吸收而不能得到无反转激光增益;然而在开放系统中,对于适当的相对位相值甚至可以产生比有非相干泵浦时更大的无反转激光增益.     

循环跃迁的Δ 型三能级系统中的无反转激光

研究了在引入非相干抽运的情况下,循环跃迁的Δ型共振三能级系统中产生的无反转激光.利用主方程的方法, 导出了缀饰态中强相干场极限下布居数项和相干项的稳态近似解析解以及产生无反转激光所需要满足的条件;并利用数值模拟的方法讨论了布居数分布、 系统增益对探测场和相干场拉比频率的依赖性以及随时间的演化规律. 结果表明:无论各个参量取何值,共振Δ型三能级系统总是处于无粒子数反转的状态; 只要探测场或相干场之中有一个为强场,便可产生无反转激光; 当其中任意一个场远强于另一个场时,系统的无反转增益将不再依赖于任何一个场的拉比频率.     

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。     

失谐对开放的四能级系统无粒子数反转激光的影响

提出开放的四能级双驱动场无反转激光系统的理论模型,由电偶极和旋转波近似得到其密度矩阵方程,讨论无反转激光产生的物理机制,利用数值计算结果分析探测场和驱动场失谐对系统无反转激光增益和粒子数差的影响.     

开放的无粒子数反转激光系统中原子响应的时间演化和光放大机制

研究了开放的Λ型无粒子数反转激光系统中原子响应的时间演化规律,阐明了该系统产生无粒子数反转光放大的机制.发现开放系统中原子响应的时间演化特征与封闭系统有显著的差 别.认为时间演化过程中振荡频率的改变和振荡的非谐性来源于系统中原子振子的随机相干性. 关键词： 开放 无粒子数反转激光 原子响应 随机相干性     

空场诱导相干性对倒转Y型四能级原子系统中单光子和双光子吸收性质的影响

当倒转Y-型四能级原子的两基态能级邻近简并时,连接基态的两个跃迁路径与同一个真空场辐射场相互作用导致的量子干涉效应便产生了空场诱导相干性.空场诱导相干性能使倒转Y-型四能级原子在共振点的单光子和双光子电磁诱导透明现象减弱,而在其他失谐量处产生单光子增益现象。同时,外加相干光场的相对相位对原子的吸收性质有重要的影响.     

Doppler展宽的封闭原子系统中无反转增益的相位控制

研究了在具有自发辐射诱导相干性的Doppler展宽的封闭Λ型三能级系统中探测场和驱动场之间的相对位相对探测场无反转增益的控制作用. 研究结果表明: 1) 不管探测场和驱动场是同向传播还是反向传播, 驱动场是失谐还是共振,无反转增益总是随相对位相的改变而作周期性变化,周期为2π. 2) 驱动场共振时,无反转增益极大值随Doppler展宽值的增大而单调减小,且反向传播时比同向传播时减小的速度更快;驱动场失谐时,无反转增益的极大值随Doppler展宽值的增大不再单调地减小或增大. 在以上两种情况下,均可以通过调 关键词： 自发辐射诱导相干 相位控制 Doppler展宽 无反转增益     

开放V型无反转激光系统相位涨落的影响

通过对从开放的V型双泵浦系统的定态解析解得到的数值计算结果的分析表明:1)驱动场相位将涨落导致一个有限线宽;一般说来,被探测场耦合的上下两能级间的粒子数差随线宽的增加而减小,当线宽增加到一定值时,系统将发生从传统的反转激光到无反转激光的转化;线宽的增加将使无反转激光增益降低;当线宽不为零时,仍可产生无吸收高色散(折射率)2)线宽变化对增益、色散和粒子数差影响的性质和大小与系统其它参量的取值密切相关,只有适当选择线宽和系统其它参量的值才能获得最大的无反转激光增益和无吸收高色散(折射率).     

开放四能级原子系统粒子数反转或无反转激光研究

在封闭的简单四能级原子系统模型的基础上提出了开放的四能级原子系统模型.通过在电偶极和旋转波近似下,解此系统的半经典密度矩阵运动方程得其稳态线性解析解.对该稳态解的数值模拟显示:随着驱动场的Rabi频率的连续增加系统会发生由输出的无粒子数反转激光到输出粒子数反转激光的转变;随着系统退出速率或者注入速率比的连续增大,系统会发生由输出的粒子数反转激光到输出无粒子数反转激光的转变;该系统能获得无吸收高色散;在稳态,探测激光上下能级粒子数差随探测场失谐的变化曲线呈弱矩形波.     

开放V型系统相对位相对LWI增益瞬态演化的影响

数值计算具有自发辐射诱导相干性的开放V型三能级原子系统密度矩阵运动方程,分析无反转激光(LWI)增益的瞬态演化.结果表明:无论是否存在非相干抽运,探测场和驱动场间的相对位相(Ф)对增益的瞬态演化都有显著的影响;通过选择的取值可以获得更大的瞬态和稳定增益;不存在非相干抽运时,系统达到瞬态增益最大值及获得增益稳定值所需要的时间更长,演化过程中振荡幅度更大,获得的增益更大;原子退出速率r0(原子注入速率比S)的变化将使增益瞬态演化的具体过程发生改变,在r0(S)的一定取值范围内,瞬态和稳定增益随S(r0)的增大而增大.     

光场的线宽对无粒子数反转光放大增益的影响

针对拉曼驱动场下的四能级理论模型，讨论了实现无吸收、高折射率的条件，并分析了探测场及相干激发场的线宽对介质的折射率及增益的影响。计算结果表明，改变相干激发场 场强，或改变相干场的频率与原子能级间的失谐均可获得介质的无吸收，高折射率。激发扬线宽破坏了原子的相干性，使使介质的增闪下降并改变了折射率的大小，探测场的线宽使介质的探测增益谱及折射率谱的分辨率下降。     

相干布居数拍频信号与基态超精细子能级相干性关系的研究

相干布居数拍频(coherent population beating, CPB)现象, 产生于一个Λ型三能级原子系统中, 当双色相干激光场的频率差和两基态能级频率间隔近失谐的时候, 原子在激发态能级上的布居数会产生一个弛豫振荡, 且振荡频率等于失谐量. 当将此现象运用于原子标准频率的提取时, CPB频标的稳定度与CPB信号的幅度及信噪比直接相关. 本文理论推导了描述CPB 现象的表达式, 数值模拟并实验研究了⁸⁷Rb基态超精细子能级的相干性对CPB信号的影响, 通过控制与基态子能级共振相干激光场的抽运时间来控制能级的相干程度, 观测不同相干程度对CPB信号质量的影响. 研究结果表明CPB信号振荡的幅度与基态子能级相干程度成正比关系. 要改善CPB信号信噪比、提高原子频标稳定度, 建立、提高和保持基态超精细能级的相干性是关键. 本文还讨论了CPB现象用于弱磁场测量及其他方面应用的可行性.     

Tavis-Cummings模型中三体纠缠态纠缠量的演化特性

研究两个全同二能级原子与单模场相互作用的Tavis-Cummings模型中的量子纠缠.在场和两原子初始分别为真空场和纠缠或非纠缠状态下，得出体系状态将演化为三体近似W纠缠态.通过对纠缠量的计算得出：该三体近似W纠缠态纠缠量的演化特性将随三体所处的初始状态、原子间及原子与场间的耦合系数、失谐程度、原子反转粒子数的变化而变化.值得一提的是可得出原子间耦合作用强度对纠缠量的非线性效应，并且纠缠量展现出与原子反转粒子数一致的周期振荡现象. 关键词： W纠缠态 纠缠量 反转粒子数     

Y型四能级系统中Doppler展宽对真空诱导相干性相关的探测场吸收的影响

利用数值计算结果,讨论了在Y型四能级原子系统中Doppler展宽对与真空诱导相干性(VIC) 相关的探测场吸收性质的影响.研究结果表明: 当无Doppler展宽时,只有不存在VIC时才可能产生电磁感应透明(EIT)现象; VIC将导致探测场吸收的明显改变和增益产生;在VIC存在和不存在两种情况中,吸收曲线都具有关于探测场失谐对称的双峰结构. 当有Doppler展宽时,在VIC存在和不存在两种情况中都能产生EIT现象; VIC仍将导致探测场吸收的明显改变和增益产生;不管是否存在VIC,探测场吸收都具有以下特征:吸收曲线不再具有关于探测场失谐的对称性且随Doppler展宽宽度(D)值的增大而逐渐从双峰结构变为单峰结构,探测场吸收不随D值的增大而单调增大或减小,在探测场和驱动场的传播方向相反时可获得比传播方向相同时更小的探测场吸收.