超冷原子電磁感應(yīng)透明介質(zhì)中的光孤子.pdf

1、進入信息化時代以來,隨著信息量的日益增加,人們對信息處理的要求愈來愈高。而傳統(tǒng)的信息處理方法已漸漸接近物理的極限。尋求新的信息處理方式成為現(xiàn)今研究的必然趨勢。光孤子通信由于具有信息容量大,抗干擾能力強等優(yōu)勢,被認(rèn)為是新的信息處理方式的首選。然而,目前大部分光孤子的產(chǎn)生是基于傳統(tǒng)光學(xué)介質(zhì)而形成的。在傳統(tǒng)光學(xué)中,產(chǎn)生顯著的非線性光學(xué)效應(yīng)的介質(zhì)卻伴隨著介質(zhì)對光的強共振吸收損耗;而弱吸收的介質(zhì)卻只能激發(fā)微弱的非線性光學(xué)效應(yīng)。因而,通常需要強激光

2、光源才能形成穩(wěn)定的光孤子。而強激光光源所導(dǎo)致的熱效應(yīng)卻不利于信息處理器件將來的微型化和高度集成化。近年來,基于量子相干的電磁感應(yīng)透明(Electromagnetically Induced Transparency,簡稱EIT)效應(yīng)既能得到顯著非線性光學(xué)效應(yīng),又能消除強的介質(zhì)共振吸收,從而解決了介質(zhì)強非線性響應(yīng)和弱吸收損耗之間不能并存的矛盾,因而成為了非線性光學(xué)研究領(lǐng)域的熱點問題之一。與此同時,利用EIT介質(zhì)中的強非線性效應(yīng)來平衡介質(zhì)的

3、色散(衍射)效應(yīng)從而形成光孤子也成為了一個有趣的課題之一。近來的研究中發(fā)現(xiàn),EIT介質(zhì)中存在一種新型光孤子,其只需極弱的光源就能激發(fā)形成,且傳播速度比真空中光速低數(shù)個數(shù)量級。這些成果為研究EIT介質(zhì)中非線性光學(xué)性質(zhì)開辟了新的方向。這些研究考慮的是單一信號光在一維EIT介質(zhì)中的傳播情況。然而,實際中的大多數(shù)情況是多束信號光同時傳播,或者是信號光在高維EIT介質(zhì)中傳播等。因此,本文基于半經(jīng)典理論,利用多重尺度方法結(jié)合數(shù)值模擬研究了超冷原子組

4、成的EIT介質(zhì)中光孤子的動力學(xué)性質(zhì),得到了一系列有意義的結(jié)果。全文結(jié)構(gòu)如下:
　　第1章,首先對光孤子概念及其分類做了簡單介紹。隨后,闡述了EIT的基本原理及與本論文相關(guān)的一些研究進展,如光速變慢、Kerr非線性效應(yīng)增強等。最后,對本論文的主要研究內(nèi)容,方法和意義進行了簡要介紹。
　　考慮到目前對于EIT介質(zhì)中光孤子的研究主要集中在對一維光孤子的研究,而事實上,光是在高維光學(xué)介質(zhì)中傳播。因此,在第2章中,研究了Λ型三能級超冷

5、原子系統(tǒng)二維空間光孤子的動力學(xué)行為,發(fā)現(xiàn)其中的光孤子并不穩(wěn)定,會隨著時間演化成為暗光孤子環(huán)。
　　實際中,大多數(shù)情況是多束信號光同時存在于同一個介質(zhì)體系中?；诖?在第3章中,研究了兩束信號光在雙Λ型四能級超冷原子系統(tǒng)中的非線性傳播性質(zhì)。結(jié)果表明,由于它們之間的耦合效應(yīng),只需極弱的光源就能激發(fā)它們分別形成能穩(wěn)定傳播的雙組分空間光孤子。隨后,通過數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)光孤子之間碰撞究竟是彈性還是非彈性,以及碰撞時能量的轉(zhuǎn)移方向均由它們之間的