在Λ型三能级原子系统中实现光减速及光存储

在充缓冲气体的87Rb原子样品中, 通过探针光、耦合光与Λ型三能级原子相互作用过程中的量子干涉效应,产生了窄线宽的EIT透明窗口,由此实现了探针光群速度的降低.在最好的实验参数条件下,探针光群速度降低到c/42000.同时,研究了光群速减慢与介质温度、耦合光功率以及单光子频率失谐量之间的关系.在此基础上,通过控制耦合光与探针光的通断,实现了光脉冲在原子蒸汽中的存储与读取.     

~(87)Rb玻色-爱因斯坦凝聚体中双拉曼相对相位对相干跃迁操控的实验研究

发展了利用两对拉曼光之间的相对相位精确调控拉曼耦合强度的新方法,实现了两个量子态相干跃迁的操控.对两对拉曼光的光路进行了特殊设计,从而保证两对拉曼激光在传输过程中的相对相位保持恒定,然后作用到~(87)Rb原子的两个超精细塞曼能级|1,1〉和|1,0〉上,实验观测了两个量子态的布居数随两对拉曼光之间的相对相位的变化关系.该方法为超冷原子量子模拟实验提供了一个独特的操控参量——激光相位,由此拓展了受激拉曼跃迁的应用范围,为研究光与原子相互作用提供了一种新的方法.     

自旋波波长对量子存储寿命的影响研究

利用电磁感应透明效应的动力学过程我们在87Rb冷原子系综中实验实现光学信号的存储和释放.通过改变信号光和耦合光的角度实现了自旋波波长的变化.在此基础上我们研究了存储寿命与自旋波波长的关系,结果表明,光存储寿命随自旋波波长(角度)的增加(减小)而增加,当自旋波波长大于2.2 mm(信号光和耦合光的角度小于0.02度)时,存储寿命可达到2.4 ms.     

利用微波场抑制电磁感应透明的功率展宽

电磁感应透明的重要参量之一是透明窗口的光谱线宽。在Λ-型三能级原子系统中,电磁感应透明的光谱线宽由两低能级间的相干失相速率决定,若两低能级同属于原子基态的精细结构,则电磁感应透明窗口的极限线宽很窄。但较强的耦合场作用往往会导致电磁感应透明窗口的功率展宽,而减弱耦合场又会影响电磁感应透明的对比度和深度。为此,通过引入微波控制场共振作用于基态精细能级间构成三场作用下的准Λ-型四能级系统,利用微波控制场来抑制耦合场所引起的电磁感应透明窗口的功率展宽。结果表明,引入微波控制场不仅得到了双窗口电磁感应透明,而且在保持较好对比度的条件下,使得电磁感应透明的光谱线宽明显小于不加微波场的情况。     

铷原子蒸汽中原子相干性导致的Kerr非线性增强效应及其应用研究

我们在理论和实验上研究了电磁感应透明对三能级Λ型Rb87原子蒸汽的Kerr非线性系数增强和减弱效应[1,2].用环型腔测量了Rb87原子的Kerr非线性折射率对耦合光强度、频率的依赖关系.发现当耦合光频率改变时,Rb87原子介质的Kerr非线性折射率将改变符号,并应用这一结果实现了腔内光场的开关控制.     

调谐耦合场作用下的无反转光放大

 讨论了调谐耦合场作用下的Λ型三能级系统中的无反转光放大（AWI）现象,调谐耦合场同时激励两个基态精细结构能级与激发态能级之间的跃迁,使系统同时呈现电磁诱导透明（EIT）和自发诱导相干凹陷两种特性,而且当调节这个耦合场的频率失谐量在某一特定范围时,系统会在EIT信号上叠加出现AWI现象。研究结果表明：该系统中EIT和自发诱导相干凹陷之间存在能量转移现象,当EIT上出现AWI现象时,虽然激发态能级与基态能级之间没有出现粒子数反转,但是两个基态精细结构能级之间出现了粒子数反转。     

一种低速、连续、单色性好的冷原子束

本文提出一种利用磁光阱冷却捕获技术制备低速、连续、单色性好原子束的方法及技术.采用3维磁光阱从背景Rb蒸汽中捕获Rb87原子进行冷却、捕获形成原子云团,利用在纵向方向上结构设计的小孔将冷原子云团推出形成冷原子束,并在原子束行进方向上采用2维光学黏胶对原子束进行准直,采用态制备激光对其进行态制备,全部制备到Rb87原子的基态能级|F=1>上,从而为原子惯性技术(原子干涉仪、原子重力仪、原子加速度计)、原子频标(原子钟)提供低速、连续、单色性好的原子束.文章对于制备技术的实验系统及实验结果进行了详细的阐述.     

基于自发辐射相干控制的电磁感应透明诱导无反转光放大效应

建立微波驱动基态精细结构跃迁的Λ型三能级系统,研究基于自发辐射相干控制的电磁感应透明诱导无反转光放大效应.微波场作用于基态精细结构能级之间,产生3个透明窗口,利用适当角度的自发辐射相干效应与电磁感应透明耦合,实现透明向光放大的转化.结果表明,透明转化为光放大时,激发态与基态能级之间以及两个基态能级之间均不出现粒子数反转,但在产生光放大的过程中必须经历两个基态能级出现粒子数反转的状态.调节微波场的频率失谐量可以改变基态能级上的粒子数分布,有利于无反转光放大的产生.     

基于全息成像技术构建任意的二维光晶格阵列

利用Gerchberg-Saxton算法生成任意的二维光晶格阵列的全息图,并且将全息图加载到液晶型空间光调制器上,然后将850 nm的激光照射到空间光调制器的液晶屏上,利用透镜的傅里叶变换特性,成功地显示或构建任意形状的二维光晶格阵列。将该系统应用到87Rb的冷原子实验中,成功俘获冷原子,这为接下来的单原子多量子位的量子模拟实验奠定了基础。     

双Λ型四能级原子系统的暗态极化子

我们用全量子理论分析双Λ型四能级原子系统暗态极化子基本性质，讨论了双模信号场与原子介质之望的信晕转换过程以及两个信号场之间的信息转换过程，利用双信号之间的相干性，可以设计多种形式的双模量子信息在介质中的“写入”和“读出”过程。我们还给出了双Λ型四能级原子系统存储双模纠缠态的类型。     

冷原子系综中光存储效率与耦合光强的关系研究

我们在87Rb冷原子团中利用电磁感应透明(EIT)动力学过程实现了光学信号的存储与释放,研究了光存储效率与耦合光强的关系.实验结果表明,在较低的耦合光强下,存储效率随耦合光强增大而增大,当耦合光达到一定强度时,存储效率不再增高,然后随着耦合光强增大而降低.通过分析光脉冲在冷原子团中传播时的吸收和色散特性,我们对存储效率随耦合光强的变化趋势给出了定性解释.     

原子辅助光力系统中快慢光的量子调控

随着纳米科技以及半导体技术的迅猛发展,光力诱导透明、快慢光和光存储以及其他在光力系统中发现的量子光学和非线性光学效应成为人们目前研究的热点.本文将薄膜腔光力系统同被束缚在腔中的二能级冷原子系综相耦合,通过直接在薄膜振子上引入弱辅助驱动场来研究该原子辅助光力系统中原子和相位对量子相干性质及其快慢光的调控.经过分析发现,通过改变辅助驱动场的强度可直接实现对光力诱导透明窗口深度的调控,通过改变辅助场与探测场之间的相位差,可实现输出的探测场在"吸收"、"透明"和"增益"之间相互转换,进而对弱探测场进行动态调控实现光开关.与此同时,还发现系统的群延迟时间随相位差的改变呈周期性变化.通过调节相位差及原子数,不但可以改变群延迟时间,还可实现快慢光之间的相互转换.     

能级构型对InAs/GaAs量子点电磁感应透明介质中光孤子存储的影响

基于现有的实验,利用不同频率的光脉冲耦合到InAs/GaAs量子点的不同能级之间可形成梯形、Λ形和V形等3类量子点电磁诱导透明介质.继而研究这三类能级构型InAs/GaAs量子点电磁诱导透明介质中的光孤子形成和存储性质,结果表明,梯形和Λ形InAs/GaAs量子点体系不但可形成光孤子还可以实现光孤子的存储与读取,且其所存储光孤子的保真度比光存储的保真度高;但V形InAs/GaAs量子点体系却不能形成光孤子,这是由于体系的非线性效应非常弱.有趣的是在相同的实验参数下,Λ形InAs/GaAs量子点体系所存储的光孤子幅度比梯形所存储的光孤子幅度大.这为半导体量子点器件对所存储光孤子进行调幅操作提供了理论依据.     

基于原子自旋相干实现多光场存储

提出了一种在原子系综中基于电磁感应透明利用多个四波混频过程来实现多光场存储和再现的方案。考虑Λ型~(87)Rb原子在相对较强耦合场和探测脉冲作用下,同时引入一个或两个相对较弱的混频场利用拉曼散射产生一个或两个反斯托克斯场。通过求解密度矩阵方程和麦克斯韦传播方程,分析了输入信号场与其输出场以及产生的四波混频场之间的关系,讨论了退相干衰减率对存储效率的影响,论证基于电磁感应透明所产生的原子自旋相干通过两个四波混频过程可实现三个光场的存储和再现,且存储时间可以达到45μs。该方案原则上可以推广到任意多光场的存储和再现,可望在量子信息处理和存储领域具有潜在的应用价值。     

五能级87Rb原子系统中相干诱导的可调谐三光子带隙

研究了一个由两个同向驻波场和一个微波场相干驱动的五能级87 Rb原子系统,并在探测场共振频率处实现了可调谐三光子带隙。利用激光场与多能级原子系综相互作用的密度矩阵方程,结合光脉冲在具有空间周期性介质中的相干传输矩阵理论,推导出了描述相干原子系统稳态条件下的反射谱和透射谱。由数值模拟发现,通过改变驱动场的失谐和拉比频率可以动力学地调控光子带隙的位置和宽度,而且这种相干诱导三光子带隙能够同时操控三个不同中心频率光脉冲的传播。     

自旋轨道耦合玻色爱因斯坦凝聚体中的拉曼耦合强度

对玻色爱因斯坦凝聚中拉曼跃迁的拉比频率和耦合强度进行了实验研究,拉比频率是光与原子相互作用中的一个重要参量,用于衡量原子与光场之间耦合强度的大小,而拉曼跃迁耦合强度是自旋轨道耦合实验中的一个重要参数。研究了不同拉曼光频率失谐下,87 Rb在F=1时的超精细塞曼子能态|1,0〉和|1,1〉间的拉曼跃迁拉比振荡。在800nm的拉曼光作用下,观测到超精细态F=2的5个塞曼能态间同时耦合的拉比振荡。该工作有助于87 Rb自旋轨道耦合实验中参数的优化选择。     

失谐对冷原子介质中光脉冲信息存储的影响

通过对电磁感应透明模型的理论推导和数值模拟，讨论了光场和原子能级间有失谐 的光脉冲信息的存储过程. 结果表明：只有在光场和原子能级共振时，光和原子相互作用系 统的存储态才能最终演化到暗态. 随着失谐量的增大，只有部分信号光脉冲存储于冷原子介质中，并且光脉冲负群速度的绝对值逐渐增大，导致在介质中“读出”信号光相对于“读入”信号光的位置有明显的倒退现象. 对于能级上下对称相同失谐的情况，存储过程中系统各 物理量的演化过程几乎相同. 关键词： 光存储 失谐 暗态 电磁感应透明     

依赖强度耦合的Λ型三能级Jaynes-Cummings模型的原子发射谱及腔场谱

在假设原子初始处于激发态并计入原子-场耦合强度依赖性的条件下,用本征函数法研究了Λ型三能级原子与单模腔场共振相互作用系统的原子发射谱和腔场谱。结果表明,基态能级裂距对谱结构有重要影响。发射谱和腔场谱的谱线随初场增强不发生合并现象,腔场谱对初场光子统计性质不敏感。     

原子系统中基于关联相位涨落的量子干涉调控

提出了一种利用原子系统的关联相位涨落调控量子干涉的方法。原子之间的碰撞以及原子与外界热库的耦合会导致原子能级产生随机的相位涨落。研究了不同能级的相位涨落的强度和他们之间的关联对原子相干性和量子干涉的影响。结果表明,正关联相位涨落可以增强相消量子干涉(探针光的吸收减弱),而反关联相位涨落可以增强相长量子干涉(吸收增强)。在特定条件下量子干涉消失,原子对探针光的响应由Autler-Townes分裂决定。最后,研究了耦合光Rabi频率对量子干涉的影响。当耦合光较弱时,可以利用原子能级的关联相位涨落有效地调控量子干涉;当耦合光很强时,量子干涉非常弱,可以被忽略。     

基于红失谐高斯光束的冷原子束流长距离传输

提出了一种利用红失谐高斯光束偶极力实现二维磁光阱长距离传输冷原子束的方案.利用二能级原子所受散射力公式分析并构造了87 Rb原子在光偶极阱二维磁光阱(2D-ODT MOT)中的受力公式,考虑了原子与背景气体碰撞的影响,利用四阶龙格-库塔法求解原子运动方程,获得原子的运动轨迹,统计并求出原子在不同高斯光束失谐以及功率条件作用下进入差分泵浦范围的原子数.实验验证了在红失谐高斯光束与原子束推送光相互组合的4种工作状态下科学实验腔中磁光阱冷原子装载情况.理论与实验结果表明:基于红失谐高斯光束的二维磁光阱长距离传输冷原子束的效果提升显著,科学腔原子装载效率明显提升、原子数目明显增加.