刘思源[1]2016年在《电磁超材料类电磁诱导透明现象研究》文中研究表明电磁诱导透明(electromagnetically induced transparency,EIT)是叁能级原子系统中的能级之间发生相消干涉作用,会使原本不透明的物质在频率吸收区域内感应出尖锐的透明窗口,并且同时带有较好的慢光效果和频率选择特性。但是电磁诱导透明在叁能级量子系统中实现需要超低温和高强度激光等极为苛刻的实验条件,给EIT的研究和应用带来了困难,而利用电磁超材料模拟电磁诱导现象则无需受到上述限制。为了将其区分于叁能级量子系统中电磁诱导透明,基于电磁超材料或其他方式的实现的电磁诱导透明称为类电磁诱导透明(analogy of electromagnetically induced transparency)。和原子系统中电磁诱导透明比较,类电磁诱导透明并不需要高强度激光,且可以在室温条件实现,只需要调节单元谐振结构的尺寸、形状、耦合距离,就可能调节出特定的类电磁诱导透明窗口。另外,利用电磁超材料来模拟原子系统中的类电磁诱导透明,也给研究传统电磁诱导透明提供了一种新的方法。电磁诱导吸收(electromagnetically induced absorption,EIA)和电磁诱导透明在一定程度上物理特性互补,是指是四能级量子系统中的能级之间发生相长干涉作用,会使原本透明的物质在频率透射区域内感应出尖锐的吸收窗口。电磁诱导吸收同样需要电磁诱导透明中苛刻的实验条件。到目前为止,虽然存在少数利用超材料,波导以及等离子激元实现的类电磁诱导吸收的模拟的相关文献记载,但大多数都不够成熟。同样的,为了区分四能级量子系统中传统电磁诱导吸收,把利于超材料等模拟的类电磁诱导吸收称为类电磁诱导吸收。本文的工作主要体现在下列几个方面:1.提出了超材料类电磁诱导透明的一种新的耦合方式,这种新的耦合方式能够使入射电磁波同时激励起电谐振与磁谐振。当横切线和L型结构处于同一个单元时,入射电场方向沿着横切线长的方向以及入射磁场垂直于单元结构的平面时,电谐振和磁谐振被同时激励。它们之间产生2个相消干涉产生了一对类电磁诱导透明传输峰,其中右侧的峰具有较好的慢光效果,表现为大的群折射率。这种同时激励的电谐振与磁谐振的耦合方式不同于已经存在的耦合方式,为研究类电磁诱导透明现象提供了新的思路。最后,采用了FR-4基板制作了用于实际测试的类电磁诱导透明实物。实验结果表明,仿真透射曲线在低频部分和实测曲线大致吻合,但在高频部分存在一定失真和频率偏移现象。2.设计了一款采用横切线结构作为明模谐振器,采用五个开口谐振环结构作为暗模谐振器的超材料单元结构,来实现类电磁诱导透明现象。和单个开口谐振环相比,五个开口谐振环产生的类电磁诱导透明的透射峰更为明显,这是因为把五个开口谐振环进行组合可以有效地减少磁谐振的品质因数,而较大的品质因数之差是形成类电磁诱导透明的必要条件之一。最后,采用了低损材料Rogers制作了用于测试的实物样品,而实测结果虽然依旧存在少许频率偏移现象,但整体上与仿真结果吻合较好,从而弥补了FR-4基板在高频部分不够理想的测试效果。3.利用单偶极子和双偶极子组合的设计实现了类电磁诱导吸收现象的模拟,同时对超材料类电磁诱导吸收进行了综合分析。结构中的单偶极子的长沿着入射电磁波中电场方向,会引起一个强电谐振;双偶极子然后通过远距离的耦合作用,将部分能量转移给双偶极子,从而引起两个大小相近但方向相反的弱电谐振。而叁个电谐振之间的相位差满足条件后在将发生相长干涉,引起类电磁诱导吸收现象并导致了吸收谱中出现了一个窄谐振,并且其吸收率达到了49%以上。同时,该设计对于距离变化具有不敏感性,在制造慢光器件具有潜在的应用价值。
陈菲[2]2010年在《基于铷蒸汽中电磁诱导吸收技术的光速调控研究》文中研究说明近年以来,光速调控(v_g
赵延霆[3]2005年在《电磁诱导相干介质中相关非线性效应的研究》文中进行了进一步梳理过去十几年里,人们发现介质的光学特性能够通过光诱导使原子成为相干迭加态而发生显着的改变,这种相干迭加态的产生能够使介质对共振探测光的吸收和色散特性发生变化,这种电磁诱导相干介质具有很大的非线性极化率。本文主要从理论和实验上系统地研究了铯原子蒸气中的相关非线性光学效应。在双色光场作用下,分别对原子蒸气、冷原子云中产生的慢光速、超光速以及在气固界面原子中产生的烧孔等非线性效应做了研究。同时研究了相关参数对电磁诱导相干介质中非线性效应的影响。 论文包括以下内容: 第一章,引言部分,回顾和总结了非线性光学产生的历史背景和发展情况,分析了电磁诱导透明和电磁诱导吸收的物理机制,综述了电磁诱导相干介质在非线性光学领域里的应用。第二章,利用密度矩阵方程计算了在强耦合光作用下探测光经过碱金属原子介质后的吸收和色散特性,从理论上研究了电磁诱导透明和电磁诱导吸收,并揭示了电磁诱导透明和电磁诱导吸收是量子干涉的结果,这种干涉效应使介质对探测光的吸收特性和折射率都发生了很大的变化。第叁章,从实验上研究了在原子蒸气中利用激光双扫频的方法获得的电磁诱导透明和电磁诱导吸收的光谱特性,包括在强耦合光作用下电磁诱导吸收向电磁诱导透明的转变,缓冲气体对电磁诱导吸收线型的影响,对造成电磁诱导透明和电磁诱导吸收谱线展宽的因素进行了讨论。第四章,对光脉冲在无缓冲气体和有缓冲气体的铯原子蒸气中的群速度及光脉冲的存储进行了研究,测量了群速度随缓冲气体压力,气室温度,以及激光失谐等因素的关系。第五
豆亚芳[4]2012年在《简并二能级系统中的同时快慢光效应》文中研究表明光波的群速度是指波的包络传播的速度,实际上就是光波实际前进的速度。随着现代科学技术的发展,群速度的减慢与加快得以实现(以下简称慢光与快光)。慢光可应用于光学延迟线技术、量子记忆、量子开关、射频光子学、量子计算机、全光信号处理等等的研究中,同时,慢光与快光介质还可以有效的提高干涉仪和陀螺仪的灵敏度。群速度的改变是基于传播介质的色散特性的改变,Sommerfeld和Brillouin从理论上指出,正常色散是材料对光波透明从而使得群速度减慢,反常色散即材料对光波的吸收导致群速度大于光在真空中的传播速度c,并且指出超光速这种现象不与相对论相矛盾。快光与慢光实验已经在很多材料中得以实现,如半导体材料、染料溶液、室温固体、光纤和原子介质等等。原子介质在快光与慢光研究中扮演着主要的角色,其主要特征之一是能够灵活改变实验参数来控制色散特性进而决定光脉冲的群速度,主要是基于光和原子的线性和非线性相互作用。原子相干是光与原子相互作用的重要的物理过程,它可以产生很多有趣的现象,如在人型叁能级系统中,基于两个基态之间的双光子过程导致相干布局俘获和电磁诱导透明等等。对于叁能级系统,如果行波场被驻波场替代,探针光的吸收情况从透明(EIT)变成强吸收(EIA),同时探针光被原子介质反射产生信号光,处于一种增益吸收的状态,这种现象也可以叫做电磁诱导光栅。该论文通过分析和比较了各个简并能级的辐射效率之后,发现133Cs原子D1线的Fg=4?Fe=3简并能级的辐射效率是最强的,即在实验中选用此能级。该实验在55℃的铯原子气室中研究了四波混频过程中连续探针光的色散和吸收特性,进而分析了脉冲探针光的群速度操控情况。实验中采用两束对打的耦合场形成驻波场,分别叫做前进耦合场和反射耦合场,探针场与前进耦合场同方向同角度的入射到原子介质中(耦合场强度远远大于探针场强度)并且.对探针场进行观察,观察过程中探针场与前进耦合场的功率保持不变,唯一的变量是反射耦合场,其功率从零到与前进耦合场功率相同。当探针场为连续光时,观察到了探针光由电磁诱导透明(EIT)变成电磁诱导吸收(EIA),当探针场为高斯脉冲光时,观察到探针场的群速度由减光速变为超光速,同时,由于四波混频效应产生的信号光在连续光情况下一直为增益吸收的状态,所以在脉冲光情况下一直为超光速。经过测量并且.计算可以得到探针光的群速度从0.00056c到-0.00046c的连续变化,产生的信号光的群速度最快为-0.00027c。最后,对相关的实验现象作了理论分析,为以后的光存储做了一定的铺垫。
刘洋[5]2017年在《光频段纳米超材料完美吸收特性的研究》文中认为超材料是一种人工纳米复合材料,其单元尺寸小于入射电磁波的波长。由于超材料的性质主要决定于其周期性排列结构,而非组成材料的性质,因而具有某些超常规的特性,例如:负折射、隐形、电磁诱导透明、电磁诱导吸收、完美吸收等。本文中我们研究超材料完美吸收器。超材料完美吸收器根据吸收带宽不同,可以分为宽带完美吸收器和窄带完美吸收器。窄带完美吸收器可分为单频带完美吸收器和多频带完美吸收器。宽带完美吸收器可应用在太阳能电池,光子探测等领域;窄带完美吸收器可应用在光波过滤器,等离子传感器等领域。本文中我们利用电磁诱导透明效应设计了一个双频窄带完美吸收器。该吸收器单元结构是由顶层金条和一层介电层组成。在我们的方案中,顶层两个短金条被入射电磁波直接激发作为亮模式,而长金条不能被入射电磁波激发作为暗模式,但长金条能被短金条的局域电场激发。通过短金条与长金条的耦合,我们得到了两个完美吸收峰,频率分别是198.47 THz和209.79 THz,它们的吸收率都超过了99%。我们发现两个吸收峰的品质因数分别为41.76和71.42,而且这两个吸收峰之间的距离为9.32 THz。另外,我们计算了两个完美吸收峰的灵敏度分别为311.5 nm/RIU 和 246 nm/RIU。本文中我们利用电磁诱导吸收效应设计了一个窄带单频带完美吸收器。该吸收器的单元结构是由顶层具有两个孔槽的银板和一层介电层组成。根据巴比涅原理,单元结构顶层的两个孔槽可以被入射电磁波磁矢量激发作为亮模式。通过这两个亮模式的耦合,实现了电磁诱导吸收效应。电磁诱导吸收效应会产生窄带、高吸收率的吸收峰,适用于设计窄带单频带完美吸收器。该吸收器的吸收率超过99%,吸收峰的Q值为49.6。另外,我们计算了完美吸收器的灵敏度为204.6 nm/RIU。
张连水, 李晓莉, 赵静宜, 刘芳怡[6]2010年在《电磁诱导吸收的研究进展》文中研究说明电磁诱导吸收是光与物质相互作用中表现出来的奇特的非线性效应,对其形成机理及非线性特性的研究具有重要的理论意义和巨大的潜在应用价值.本工作以简并二能级、N型四能级系统和近似简并的Λ型能级系统的研究结果为基础,探讨了电磁诱导吸收的产生条件和本质.结果表明,原子相干对吸收的相长干涉产生电磁诱导吸收,而且其色散谱线在对应频率位置出现了变化剧烈的反常色散,可以引起探测光的群速增快甚至出现负群速,其应用前景正在进一步研究中.
李小娟[7]2012年在《光学回音壁模式微腔系统的特性研究》文中认为信息的高速发展使得我们对信息的需求日益增长，而现有的经典信息系统在不久的将来将达到极限，量子信息学在这样的背景下应运而生。利用量子信息学的量子计算机具有经典计算机所不能比拟的优点，潜藏着巨大的应用价值，因而引起了科学界的广泛兴趣，各国的人们纷纷投入到这一重大课题中来。目前，人们已经提出了各种各样实现量子信息的方案，其中的腔量子电动力学方案是提出最早、发展最迅速、效果最好的方案之一，相对于其它系统具有独特的优势，被公认为是最有前途的方案之一。利用腔量子电动力学技术，实现量子信息过程是这一课题研究的目的。本文首先介绍量子信息学的基本概念，然后介绍量子计算物理实现的基础理论，并着重介绍腔量子电动力学系统，最后介绍腔量子电动力学实验系统。并在此基础上，研究了以下问题：研究了在解析边带机制下，利用量子朗之万方程研究了光学微腔光机械系统的动力学特性，给出了光学微腔光机械系统理论模型和哈密顿量，描述了由辐射压力诱导腔场与机械振子耦合引起的一个非线性效应，即光学多稳态。并进一步通过海森堡运动方程得到线性化量子郞之万方程,计算得到了振子的涨落光谱。研究了在控制激光和探测激光存在时回音壁腔光机械系统中的动力学行为。利用光机械系统来探讨系统的透射，分析系统在双光子共振时产生类似于原子电磁诱导透明与吸收的原因。此系统的输出场在探测频率下存在强控制场时存在类似于电磁诱导透明和电磁诱导吸收的现象，此时，回音壁输出探测场呈现Λ原子系统中的特性，回音壁光机械腔系统与Λ原子系统中的泵浦探测响应特性相类似。此外，利用泵浦失谐控制光机械系统中类似于电磁诱导透明和电磁诱导吸收之间的转换。此系统中光机械诱导透明与吸收的论证为量子信息的处理提供了理论依据。
王丽[8]2004年在《电磁诱导吸收的研究》文中研究表明量子相干与干涉是目前激光物理与量子光学领域的重要研究课题之一。最近的研究表明，原子相干产生很多新的效应，如相干布居捕获、无反转激光、折射率增强、电磁诱导透明、电磁诱导吸收等。这些新效应对光学介质相干性质的控制、高频激光的产生、光信息存储和高度测量等方面具有巨大的应用前景。 本文主要做了两方面的工作：一是在修饰态表象中揭示修饰态原子相干对吸收的相长干涉产生电磁诱导吸收，这与修饰态原子相干对吸收的相消干涉导致电磁诱导透明的情形形成鲜明的对照。二是在裸态中，引入耦合场的线宽，从而发现耦合场的线宽抑制电磁诱导吸收。 首先研究电磁诱导吸收。系统的模型特征是：叁个电偶极跃迁构成N型链的四能级系统，其中，中间跃迁为探测跃迁，两边的跃迁为耦合跃迁。在弱耦合场的作用下，探测跃迁在修饰态表象中分裂成四个相互耦合的跃迁。从而分析了中间跃迁作为探测跃迁时修饰态相干对电磁诱导吸收的作用。在修饰态表象中探测跃迁分裂成四个相互耦合的跃迁。有两个因素导致耦合的产生。一个是探测跃迁的自发辐射，产生的耦合具有相同的符号，此时原子相干表现为抑制吸收。产生耦合的另一因素是激发态相干的自发转移，它对其中两个探测跃迁产生正号的耦合，对另两个探测跃迁产生负号的耦合。这些正负参半的耦合导致介质对吸收的相长干涉，从而导致电磁诱导吸收。因此，我们可以确切地说，原子相干对吸收的相长干涉产生电磁诱导吸收，原子相干对吸收的相消干涉导致电磁诱导透明。这种N型结构的原子系统很容易实现，而且在实验上已经得到证实。硕士学位论文MASTER’ST}IESIS 其次，本文研究在裸态下，考虑祸合场线宽对原子相干的作用，进一步揭示了祸合场线宽抑制电磁诱导吸收。这与祸合场线宽增强EIT的吸收形成鲜明的对比。虽然在两种情况下，发生的现象完全不同，但是线宽的这两种效应是一致的，即线宽的两种不同作用都是导致退相干，并非简单地认为线宽总是引进或者增强吸收。
张学迁[9]2015年在《基于超材料的太赫兹功能器件》文中研究表明太赫兹技术是世界范围内备受瞩目的研究方向,在很多前沿领域都有着潜在的应用前景。开发太赫兹功能器件将在很大程度上促进太赫兹技术的实用化进程。然而,目前基于传统方法的太赫兹功能器件还很稀少或昂贵。超材料作为一种性质可控的电磁材料,为设计太赫兹功能器件提供了一种有效的方法。本论文详细研究了多种基于超材料的太赫兹功能器件,具体内容如下:1.用超材料类比地实现电磁诱导透明这一量子现象吸引了研究人员的兴趣。然而,目前的电磁诱导透明超材料都强烈地依赖入射光的偏振。这里,本论文提出了一种超材料,它由具有4次旋转对称性的微结构组成。实验和模拟结果显示它可以实现偏振无关的电磁诱导透明现象。利用耦合模理论,很好地对该结构的工作机制进行了解释。该偏振无关特性将使得它更加适用于实际应用。2.目前,用超材料类比地实现电磁诱导吸收这一量子现象的工作还很少,现有的此方面工作对于电磁波的吸收程度还很小。这里,本论文提出了一种由叁种微结构振荡器组成的电磁诱导吸收超材料,可以强烈地吸收太赫兹波。实验、模拟和理论结果吻合得很好。该设计将在吸收性光开关方面有重要的应用价值。3.用超表面控制电磁波的相位突变已成为了一个热点话题,这种用微结构来局域地控制电磁场出射相位的方法几乎可以生成任意的波前形状。这里,本论文提出了一种C形振荡器来控制太赫兹波的相位和波前,设计并在实验上证明了一个宽带的太赫兹平面型偏折分光器和一个奇异菲涅尔波带片,结果与理论预测非常吻合。该设计在实现太赫兹空间波调制器方面有重要的应用前景。4.当前,大多数用于相位控制的超表面器件都基于金属,其电磁波操控效率较低且面临欧姆损耗问题。这里,本论文提出了一种基于硅的介质超材料,用于高效地控制太赫兹波的相位。在此基础上,又引入了振幅控制机制,设计了叁种奇异光栅,其实验结果和理论与模拟结果吻合得很好。该设计将在高效率太赫兹空间波调制器件方面有重要的应用前景。5.表面波是一种传播在金属和介质界面处的电磁波,在下一代芯片光路器件方面有着重要的应用前景。这里,本论文将自由空间中的超表面相位控制的概念引入到了表面波激发中,利用金属孔结构实现了偏振控制的异常表面波激发和聚焦、发散形的表面波波振面,且该结构还可用于传感入射波的偏振态以及外界的折射率变化。该设计将在实现太赫兹电路方面有潜在的应用价值。
肖长顺[10]2016年在《缓冲气体在原子汽室中相干效应研究》文中研究指明量子光学即量子场理论和物理光学的总和,一直是人们研究的热点话题。早期的量子光学现象包括黑体辐射,拉曼散射,光电效应等,在人们对光属性的认识以及光与物质相互作用过程中起着举足轻重的作用。近年来,光与原子相互作用已经成为量子光学领域的一个重要研究分支,极大地推动了未来量子通信的发展,因此被广大物理学者深入研究。在光与原子相互作用中,原子相干效应成为被研究的焦点。电磁诱导透明是光与原子相互作用过程中的一种原子相干效应,它表现为介质对共振频率处的探针场吸收减弱并且产生陡峭的正常色散,利用这一特性可以操控光脉冲的群速度。除此之外在量子信息存储,单光子制备等方面有潜在的应用价值。首先,本文就相干布居俘获,电磁诱导透明和电磁诱导吸收这叁种基本的原子相干效应阐述其物理机制,背景知识以及研究进展。在原子系统中相干效应的研究中实现光放大具有重大意义,因此我们利用Tripod型双EIT能级体系,通过改变原子温度,泵浦功率以及信号光失谐,有效的抑制光场吸收与自发辐射噪声,实现了低噪声的光放大,实验与理论一致,这对光量子器件的开发以及非经典光源的制备有重要的意义。在原子汽室中充入缓冲气体进行相ham效应的研究已经成为了当前的研究热点。在本文研究电磁诱导透明效应中我们在Cs原子汽室中充入Ne作为缓冲气体。首先,我们在V型叁能级系统中,用暗态理论数值模拟了 dephasing与介质对探针场吸收的关系,并且在实验上探究了缓冲气体的分压与EIT效应的关系,发现原子温度一定时缓冲气体分压越大,介质对探针场的吸收越强,EIT效应越不明显。该实验结果较为充分地说明dephasing诱导干涉的物理机制是受激辐射与自发辐射的竞争。
参考文献：
[1]. 电磁超材料类电磁诱导透明现象研究[D]. 刘思源. 南京航空航天大学. 2016
[2]. 基于铷蒸汽中电磁诱导吸收技术的光速调控研究[D]. 陈菲. 哈尔滨工业大学. 2010
[3]. 电磁诱导相干介质中相关非线性效应的研究[D]. 赵延霆. 山西大学. 2005
[4]. 简并二能级系统中的同时快慢光效应[D]. 豆亚芳. 山西大学. 2012
[5]. 光频段纳米超材料完美吸收特性的研究[D]. 刘洋. 延边大学. 2017
[6]. 电磁诱导吸收的研究进展[J]. 张连水, 李晓莉, 赵静宜, 刘芳怡. 河北大学学报(自然科学版). 2010
[7]. 光学回音壁模式微腔系统的特性研究[D]. 李小娟. 吉首大学. 2012
[8]. 电磁诱导吸收的研究[D]. 王丽. 华中师范大学. 2004
[9]. 基于超材料的太赫兹功能器件[D]. 张学迁. 天津大学. 2015
[10]. 缓冲气体在原子汽室中相干效应研究[D]. 肖长顺. 山西大学. 2016
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