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.     

声子辅助的电磁感应透明和超慢光效应的研究

在对激子不作任何近似的条件下，对强耦合激子-声子系统中光的线性极化率进行了理论计算，证明了当信号光场频率与激子频率的失谐量等于光学声子的频率时，会出现电磁感应透明现象和超慢光效应.并且与对激子作Dyson-Maleev变换近似和玻色近似的结果进行比较，发现对激子无论是否作近似对产生电磁感应透明现象和超慢光效应都没有实质的影响. 关键词： 量子光学 电磁感应透明 激子 声子     

铷原子耦合光频率近共振时的电磁感应透明

研究了Λ型能级系统中, ⁸⁵Rb原子在耦合光频率失谐较小时的电磁感应透明(EIT)现象. 实验中, 随着耦合光频率失谐量的增加, 电磁感应透明窗口的绝对强度有所减弱, 但是其相对深度却有所增加, 透明窗口相对深度最大的位置不在耦合光频率共振处, 而是在耦合光频率失谐约180 MHz的位置. 用三能级和四能级系统的理论分别对实验结果进行对比分析, 发现用四能级系统的理论进行拟合的结果与实验符合得比较好. 对此, 我们提出当耦合光频率失谐较小时, EIT信号是两个激发态共同作用的结果, 并用四能级系统的理论分析了两个激发态之间的能级间隔对透明窗口相对深度最大值位置的影响.     

三能级电磁感应透明中辐射场的量子统计特性

对Λ型三能级原子电磁感应透明（EIT）过程中辐射场的二阶相干度进行了研究。理论分析表明，在电磁感应透明系统中，由于原子的相干效应导致其上能级共振荧光场的二阶相干度将呈现单光子场的量子统计特性。并对其随耦合场强度和探测光失谐的变化进行了详细的分析和讨论，结果发现：在｜Ω｜〉（Γ2＋Γ3）／2情况下．采用较弱的耦合光功率（由托比频率Ω表征）及较大的探测光失谐，在较长时间延迟范围内，二阶相十度保持小于1，更利于实现非经典场的量子统计行为；相反，在｜Ω｜≤（Γ2＋Γ3）／2情况下，探测光的失谐量越小，越利于获得二阶相干度小于1的量子统计光场。南此可见选取合适的参量可优化电磁感应透明过程中单光子场的量子统计特性。     

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     

强激子-声子系统中电磁感应透明理论计算

应用Dyson-M aleev变换,对强耦合激子—声子系统中在考虑相空间填充因子情况下光的线性极化率进行了计算,在理论上证明了强激子-声子的相互作用对产生电磁感应透明起着重要作用,当信号光场频率与激子频率的失谐量等于光学声子的频率时,会出现电磁感应透明现象,并对考虑与不考虑相空间填充因子的两种情况作了比较,发现相空间填充因子对产生电磁感应透明现象没有实质的影响,只是使超慢光效应略有减弱。     

掺杂稀土离子晶体中的电磁感应光透明现象

对在掺杂稀土离子晶体中实现电磁感应光透明进行了实验研究。首先,以Er3＋∶YAG晶体为样品,用旋转波近似下的密度矩阵方程理论计算了探测场的吸收特性随Er3＋离子浓度的变化规律,结果表明：在探测场失谐Δp=0时,形成了一个对于探测光透明的窗口,从而在理论上论证了在掺杂稀土离子晶体中实现电磁感应光透明效应的可行性。设计了一个以Pr3＋∶Y2SiO5晶体为样品的实验激发方案,吸收光谱显示,当温度为6 K时其在共振吸收峰处可形成一个完全透明的窗口,实现了在掺杂离子晶体中的电磁感应光透明。实验还分析了工作温度、耦合场失谐对探测光透过率的影响,结果显示：当样品温度上升到15 K时,透明窗口消失;耦合场的失谐量越大,透射率越小。     

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.     

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.     

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.     

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     

基于里德伯原子电磁诱导透明效应的光脉冲减速

6S1/2→6P3/2→49D5/2基于铯里德伯原子的电磁诱导透明效应,当光与原子能级频率共振时,色散将剧烈变化,吸收减弱.此时光脉冲在原子介质中传播时,将会出现减速.在铯原子阶梯型三能级系统中,观察到由色散曲线陡峭变化导致的探测光脉冲减速现象,并系统研究了耦合光强度和原子气室温度对光脉冲减慢的影响.实验结果表明,耦合光越弱,延迟时间越长;原子气室温度越高,减速效应越明显,与理论计算相符.实验结果为之后进行的通过光脉冲减速效应测量微波电场提供了实验基础.     

五能级原子系统中的多重电磁感应透明

利用半经典理论,研究了在相干外场驱动下的倒三脚架型原子系统的吸收性质.数值计算结果表明:通过调节相干场的Rabi频率,该系统可以呈现出三重、双重、单重电磁感应透明;在三重电磁感应透明中,透明窗的位置可以通过调节相干场的失谐量来进行控制,而且透明点的位置可连续地变化,即在一定范围内存在一系列连续频率的探测光无吸收地通过介质.最后,在缀饰态表象中对上述现象给出了解释.     

激光场的线宽对双光子电磁感应光透明及共振吸收增强的影响

讨论了四能级系统中激光场的线宽及多普勒效应对双光子电磁感应光透明及共振吸收增强的影响，并给出了该系统中消除多普勒效应的最佳实验方案.     

在一个具有超精细结构的四能级原子系统中的拉曼散射

在一个具有超精细结构的四能级原子系统中，为了压抑暂态过程和稳态过程两种情况下的弱探测光束的吸收，我们提出和分析了一种有效的拉曼散射计划。对于暂态过程，借助一个漂亮的Mathematic程序进行数值计算，我们发现在探测跃迁线中心探测吸收的幅度与一般的基于电磁感应透明的三能级原子系统相比要小。对于稳态情况，结果表明探测吸收在线中心能够被彻底地消除，正像通常的三能级电磁感应透明方案。特别地，我们的结果表明在拉曼共振的条件下探测吸收能够被彻底地消除，也就是说，对于稳态过程我们仅仅要求双光子失谐量在超精细二能级频率间隙内是零。与标准的三能级电磁感应透明方案相比，我们的四能级拉曼计划的优点之一是在拉曼共振条件下我们能观察到透明窗口，不需要严格地单光子和双光子失谐量为零。因此，原子超精细结构对于获取电磁感应透明不是一个障碍。     

微米气室铯原子自旋噪声谱

利用自旋噪声谱技术研究了无缓冲气体133Cs原子气室的自旋动力学和展宽机制.在宏观原子气室中,自旋弛豫速率失谐频率谱的线型为高斯分布;在空间局域较强的微米气室中,自旋弛豫速率失谐频率谱的线型为洛伦兹分布.实验测量得到的自旋弛豫速率失谐频率谱的展宽约4 GHz,明显大于宏观原子气室中约度强烈依赖于激光相对于原子共振跃迁的频率失谐;在微米气室中,由于较强的均匀展宽,总噪声的失谐频率谱中心处出现明显的凹陷.通过建立简化的物理模型来计算微米气室的展宽机制,在实验与理论中解释了原子的均匀展宽特性.     

原子系统中远失谐脉冲光束对的群速度操控

基于远失谐的四波混频过程, 在实验上得到了放大的探针光脉冲和产生的共轭光脉冲的同时慢光传输, 并通过改变抽运光和探针光之间的双光子失谐实现了群速度的同时操控. 首先在连续光模式下, 研究了入射探针光和新产生共轭光的增益与单光子失谐之间的变化关系. 随着单光子失谐在一定范围内加大, 探针光和共轭光的增益均表现出先增加后减小的变化趋势. 在具有增益特性的基础上, 分别采用6 μs和365 ns探针光脉冲, 研究了慢光的延迟时间和双光子失谐的关系. 对6 μs的探针光, 得到探针和共轭光脉冲的最大延迟分别为2.1 μs 和1.9 μs, 对应的群速度分别约为0.000119 c和0.000132 c, 相应延迟比分别为0.35和0.32. 对365 ns探针光, 探针和共轭光脉冲的最大延迟分别为756 ns和670 ns, 对应的群速度分别约为0.00033 c和0.00037 c, 相应延迟比提高到2.07和1.83.     

用于原子干涉仪实验的锂原子的塞曼减速与磁光囚禁

为了制备适于原子干涉仪实验的低温锂原子样品,开展了锂原子的塞曼减速及与磁光阱囚禁相关的实验研究.设计并实现了一种结构紧凑的腔体内冷式多级线圈叠加的塞曼减速器,将速度小于600 m/s的7Li原子减速到60 m/s,磁光阱装载速率为5×108/s,囚禁原子数目1×109个,原子团的最低温度约为220±30μK.研究了光学黏胶中7Li原子的寿命与囚禁光频率失谐量的关系.这些结果为进一步开展7Li原子亚多普勒冷却、光势阱蒸发冷却以及原子干涉仪实验奠定了基础.     

EIT介质中光场噪声特性研究

在原子相干效应条件下，场与原子之间的相干耦合过程不仅导致原子能态发生相干叠加，同时也会使与之作用场的光场特性发生变化。我们对电磁感应透明（EIT）介质中量子化光场的噪声谱特性进行了研究，实验和理论结果均表明，在光场与原子发生相干作用过程中，由于EIT过程的吸收减小，色散增强效应，导致作用场的位相噪声被转化为输出场的强度噪声，因而使输出场的强度噪声由三部分所决定，输入光场的强度噪声、位相噪声以及由原子而引入的额外噪声。并分析了噪声随探测光失谐、分析频率等的变化关系以及总噪声谱不对称的原因，实验与理论结果定性吻合。     

基于共振Raman增强的三阶非线性过程

本文实验上观察到在85Rb原子蒸气D1线系统中,基于Raman共振的四波混频得到显著地增强;并且通过模拟看到,随着耦合光功率的减小或多普勒展宽的增大,信号线宽呈现被压窄的趋势.我们利用宏观极化干涉理论对光谱线宽的特点进行了分析,并诠释了在多普勒增宽L-型能级系统中的四波混频与电磁感应透明均来源于受激Raman散射,区别在于探测方式和对象的不同.