四能级系统中的原子相干效应

讨论了N型四能级原子系统中的原子相干效应，与三能级原子系统相比，其原子相干效应既可导致电磁感应透明(EIT，Electromagnetically Induced Transparency)的产生，也可产生电磁感应吸收(EIA，Electromagnetically Induced Absorption)现象，取决于控制光的强度和第四个能级的衰变率的大小。     

铯蒸汽中的光存储现象的研究

光存储(light storage)现象在最近一段时间内受到了越来越多的关注.由于光子作为信息的载体有着天然的优越性,例如,传播速度快,信息量大等.所以各国科学家都在不断地寻找各种方法去操控光子.这其中电磁感应透明现象(EIT)的发现给我们提供了一个新的方法.电磁感应现象是指当两束相干光(通常被称为耦合光和探测光)进入到共振介质中时,由于量子相干效应使探测光可以在其中无吸收地传播.更引人瞩目的是与此伴随着介质表现出很强的群速度色散性质(如图1).我们可以利用这个性质来改变光脉冲在介质中的传播的群速度,最终把光脉冲存储下来.这在未来的全光通信和量子信息领域有着重要的意义.     

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.     

EIT增强色散及光速减慢的实验研究进展

EIT(Electromagnetic induced transparency)导致的光速减慢(Slow light)、光信号存储等现象使人们有可能驾驭自然界最迅速而又难以捉摸的能量形式,为量子信息的存储与提取带来了方便,因而在量子信息处理中有极大的应用潜力,对于量子信息和量子计算的发展具有重要意义. 我们在国家海外杰出青年基金(69928504),国家自然科学基金(69978013)以及山西省青年科学基金(20001016)的支持下开展了Cs原子的EIT实验及理论研究.在常温Cs原子汽室中探测到由原子相干布居导致的60%电磁感应透明凹陷以及在透明凹陷区较大的色散增强现象,通过色散曲线推测到探针光在Cs原子汽室中光速减慢了1/418倍. 实验中我们使用两台带宽小于2MHz的可调谐外腔反馈半导体激光器作为探针光和泵浦光,分别将其调谐于铯原子D2线的超精细能级跃迁(62S1/2,F=3→62S3/2,F′=4)线附近和锁定于共振跃迁(62S1/2,F=4→62S3/2,F′=4)线上,并使探针光与泵浦光同向传输经过Cs原子汽室消除多普勒效应的影响.探针光和泵浦光功率分别为4.7μW和264μW.实验结果表明,由于EIT效应,使探针光在Cs原子汽室中的传输速度得到较大的减慢.由探针光在原子汽室中的色散曲线斜率得到在共振频率处Cs原子的折射率系数变化为δn/δω=1.89×10-13Hz-1,从而得知光在原子汽室中群速度的降低值. 与此同时,我们也观察到在非共振区Cs原子吸收增强效应.这一效应导致原子出现反常色散现象,预示着光在原子汽室中速度有所增加.目前我们正在通过对探针光进行强度调制来完成光速减慢以及增快的直接测量.     

在不同原子汽室空间中原子相干特性的比较

我们对不同铯原子汽室空间中,电磁诱导吸收(EIA)与电磁诱导透明(EIT)特性进行了比较。通过理论模拟原子在不同多普勒背景下的周期性吸收调制与原子相干效应的关系,表明在狭小空间下的原子,其EIA效应较弱,EIT较强这一特性对应于介质可获得更好的周期性吸收调制,这一特性可用于改善原子汽室中的光子晶体特性。     

外加磁场对简并二能级原子系统相干特性的影响

在铯原子简并二能级系统中6S_1/2F=4—6P_3/2 F'=5 的循环跃迁上获得了电磁感应吸收(EIA)峰，并研究了轴向均匀磁场对二能级系统相干效应的影响，即存在轴向均匀磁场时，观测到在铯原子6S_1/2F=4—6P_3/2F'=5 跃迁频率处EIA和电磁诱导透明(EIT)的混合结构，在合适的实验条件下，其结果与Ye等(2002)的理论分析相一致. 关键词： 电磁感应吸收(EIA) 铯原子 简并二能级系统     

封闭和开放铯原子系统中的EIA效应

本文主要从实验上研究了封闭的简并二能级铯原子系统中的电磁感应吸收效应(EIA)。当泵浦和探测光作用于铯原子的6S1/2 F=4 à 6P3/2F′=5跃迁时，获得了EIA信号，同时研究了泵浦光的频率失谐和强度对EIA信号的影响。在6S1/2 F=4 à 6P3/2 F′=4和6S1/2 F=4 à 6P3/2 F′=3两个开放的二能级系统中也观察到了EIA信号。在6S1/2 F=3 à 6P3/2 F′=4的跃迁上增加一个repumping 激光,将使EIA信号增加。     

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.     

三能级原子系统中单光子频率失谐对光减速的影响

在Λ型三能级Rb原子介质中，观察到了由电磁感应透明（EIT）效应导致的光减速现象并测 量了光延迟对单光子频率失谐量的依赖关系. 结果表明，由于多普勒展宽效应的存在，在单 光子频率失谐±600MHz的范围内，光减速效应较为显著. 在考虑多谱勒频移的情况下，数值 计算了光延迟随单光子频率失谐量的变化曲线，实验结果与理论曲线很好地符合. 这一研 究结果为利用单光子频率失谐控制光的群速度提供了理论与实验参考. 关键词： 光减速 电磁感应透明 多普勒展宽     

Er3+:YAlO3晶体中Λ型四能级系统的量子相干左手性

用相干量子干涉和电磁感应透明(Electromagnetically induced transparency,EIT)效应在Er3+:YAlO3晶体中计算得到了Thommen,Mandel和Kastel对原子气提出的Λ型四能级系统的负折射率.计算结果得到的负折射率对应的频带宽度约为1 MHz,比先前报道的103 Hz量级要宽得多.通常而言对应于折射/吸收比Re[n]/lm[n]≈1,而计算所得结果是Re[n]/lm[n]为4.6,表明吸收被EIT效应很好地抑制.Im[n]出现的负值可能与Er3+的4I13/2→4I15/2跃迁的受激发射有关.由此可知,稀土离子掺杂材料具有丰富的能级和各种不同的电磁跃迁,也是电磁感应负折射率材料中出色的应用材料的候选者.