相干原子介质中共振增益效应的研究

论文摘要

由于原子相干效应的引入,量子光学得到了新的发展。利用原子相干效应形成新的光学介质,进而改变非线性光学吸收和色散效应可以产生各种有趣的现象。光与原子间的相互作用过程是研究原子相干性的基础,通过改变光与原子的相互作用可以调控光场的性质。其中增益效应在光放大等研究领域得到了广泛应用,同时增益效应也可以应用在电磁感应光栅方面。电磁感应光栅是原子相干效应研究方向中的重要现象,电磁感应光栅的提出为研究光与原子相互作用的性质打开了新的道路。将增益效应与电磁感应光栅结合可以实现增益相位光栅,大大提高了一级和高阶衍射效率。增益效应进一步推动了电磁感应光栅的发展,使得原子光栅在光开关、全光逻辑门中更有实用价值。基于以上研究背景,研究了四能级结构中的增益相位光栅和循环结构中的光增益效应。简述了原子相干性和电磁感应光栅的发展历程。介绍了光与原子相互作用的半经典理论,推导二能级系统中的密度矩阵方程,以及给出了电磁感应光栅的基本理论。本文主要包含以下内容:1.介绍了N型和Tripod型两种结构的电磁感应相位光栅效应。结果表明,N型和Tripod型电磁感应相位光栅的一阶衍射效率分别为34%和33%,都与理想正弦相位光栅的衍射效率相近。2.在一个相干四能级原子系统中对增益相位光栅效应进行理论研究。研究结果表明,在相干抽运场的作用下,信号光强度被放大,增大了电磁感应光栅的零级衍射强度。在相位调制的作用下,零阶的衍射光有效地调制到一级及高阶衍射方向。相比电磁感应相位光栅,该增益相位光栅一阶衍射效率更高,在光开光、全光网络等应用方面更具优势。3.在一个相干循环四能级原子系统中,理论分析了抽运场与调制场强度对信号场增益的影响。结果表明,在循环四能级原子系统中,调制场促进了能级间粒子的跃迁,使得信号光增益增强。当加入较弱的调制场(调制场强度与信号场相等)时,共振频率处信号增益强度提高了12倍。相干抽运场诱导信号场出现增益效应,通过增加抽运场的强度信号场由无粒子数反转增益转化到粒子数反转增益。伴随着抽运场增强,共振频率处的增益先增后减。该循环增益系统在光放大等方向有潜在的实用价值。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘瑶瑶

导师: 董雅宾

关键词: 电磁感应光栅,四能级系统,增益,一级衍射效率

来源: 山西大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学,物理学

单位: 山西大学

分类号: O431.2;O562

DOI: 10.27284/d.cnki.gsxiu.2019.001001

总页数: 59

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标签：电磁感应光栅论文;  四能级系统论文;  增益论文;  一级衍射效率论文;