超短激光脈沖在Ladder型三能級原子介質(zhì)中傳播特性的理論研究.pdf

1、超短脈沖激光具有超短的時間間隔和超強(qiáng)的峰值功率，它在物理、化學(xué)、生物等學(xué)科領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前周期量級激光脈沖與原子和分子的相互作用已成為最熱門的研究課題之一，周期量級激光脈沖在原子分子介質(zhì)中的傳播是這一研究的重要內(nèi)容。開展周期量級超短激光脈沖在原子等介質(zhì)中引起的極端非線性光學(xué)特性研究，能夠豐富非線性光學(xué)內(nèi)容，并將促進(jìn)光物理、量子信息科學(xué)及阿秒科學(xué)等新興或交叉學(xué)科的發(fā)展。
　　基于光與物質(zhì)相互作用的半經(jīng)典理論，用Maxwe

2、ll方程描述電場，用密度矩陣方程描述介質(zhì)。本論文在前人研究工作的基礎(chǔ)上，對超短激光脈沖在Ladder型三能級原子系統(tǒng)中的傳播特性和頻譜特性進(jìn)行了理論研究，全文內(nèi)容共分七章:
　　第一章綜述，概述了超短脈沖激光技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，周期量級超短激光脈沖與物質(zhì)的相互作用以及量子相干控制的研究概況，并且介紹了當(dāng)前這一重要課題的研究現(xiàn)狀。
　　第二章推導(dǎo)了不采用旋波近似和慢變包絡(luò)近似下的全波麥克斯韋—布洛赫方程，并對時域有限差分法和預(yù)估

3、校正法作了細(xì)致的闡述。
　　第三章模擬了周期量級超短激光脈沖分別在稀疏和稠密的Ladder型三能級原子介質(zhì)中的傳播特性。我們發(fā)現(xiàn)，超短脈沖在稠密介質(zhì)中傳播時脈沖及介質(zhì)各能級粒子布居的時間演化規(guī)律與在稀疏介質(zhì)中明顯不同，而且這種差別將隨初始脈沖面積的增大而加大。當(dāng)入射脈沖面積為8π時，對于稀疏介質(zhì)情況，脈沖波形及粒子布居數(shù)在傳播過程中僅呈現(xiàn)出微小的變化，但對于稠密介質(zhì)情況，脈沖分裂為不同數(shù)目的子脈沖，在不同的傳播距離處波形及粒子布居

4、數(shù)均明顯不同。產(chǎn)生以上差別的原因有兩方面:稠密原子介質(zhì)中近偶極—偶極(NDD)相互作用導(dǎo)致的局域場修正(LFC)及比稀疏原子介質(zhì)更強(qiáng)的極化電場的影響，其中比稀疏原子介質(zhì)更強(qiáng)的極化電場的影響起著主要的作用。
　　第四章研究了失諧對周期量級激光脈沖在Ladder型三能級原子介質(zhì)中傳播行為的影響。研究結(jié)果表明，在共振情況下，在傳播過程中脈沖形式(包括載波包絡(luò)位相、脈沖持續(xù)時間、振蕩幅度和頻率)明顯改變甚至脈沖分裂將會發(fā)生，輸出脈沖與輸入

5、脈沖大不相同；在非共振情況下，一般改變失諧也能使脈沖形式在傳播過程中發(fā)生顯著的變化；然而，當(dāng)一個適當(dāng)?shù)氖еC存在時，在傳播過程中的自感應(yīng)透明能夠?qū)崿F(xiàn)，與輸入脈沖精確相同的輸出脈沖可以被得到。
　　第五章研究了在Ladder型三能級原子介質(zhì)中傳播的周期量級超短激光脈沖于不同時刻處的脈沖波形及介質(zhì)粒子布居的空間分布特性。研究表明，不同面積的超短脈沖在介質(zhì)中傳播時脈沖波形及介質(zhì)各能級粒子布居的空間分布規(guī)律明顯不同。隨著脈沖面積的增大，脈沖

6、振蕩次數(shù)減少，振幅增大，傳播速度增大，介質(zhì)各能級粒子布居振蕩次數(shù)也增多。而且粒子布居的空間分布與脈沖波形的空間分布密切相關(guān)。
　　第六章討論了單光子共振(兩個脈沖的中心頻率分別與原子系統(tǒng)兩個躍遷頻率相等)以及完全非共振(兩個脈沖的中心頻率與原子系統(tǒng)兩個躍遷頻率皆不相等)情況中，在ladder型三能級原子介質(zhì)中傳播的雙色超短脈沖波形及頻譜特性對相對載波包絡(luò)位相的依賴性。結(jié)果表明:在單光子共振情況中，相對載波包絡(luò)位相對小面積雙色脈沖的

7、傳播形式及頻譜特性有顯著的控制作用。相對載波包絡(luò)位相的大小可以決定脈沖振幅大小、傳播速度快慢、脈沖分裂與否及子脈沖數(shù)目多少。通過改變相對載波包絡(luò)位相的數(shù)值可以獲得更寬的頻譜寬度及更高的光譜強(qiáng)度特別是高頻分量的光譜強(qiáng)度。當(dāng)入射雙色脈沖面積增大時，脈沖波形及頻譜特性對相對載波包絡(luò)位相的依賴性有所減弱。在非共振條件下，可得到展寬較大的頻譜，但不同相對載波包絡(luò)位相的取值對脈沖波形及頻譜特性的影響并不明顯。
　　第七章總結(jié)了本論文的主要研究