超冷原子電磁感應(yīng)透明介質(zhì)中的光孤子.pdf

1、進(jìn)入信息化時(shí)代以來(lái),隨著信息量的日益增加,人們對(duì)信息處理的要求愈來(lái)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(shì)。光孤子通信由于具有信息容量大,抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),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(duì)光的強(qiáng)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(qiáng)激光

2、光源才能形成穩(wěn)定的光孤子。而強(qiáng)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(lái)的微型化和高度集成化。近年來(lái),基于量子相干的電磁感應(yīng)透明(Electromagnetically Induced Transparency,簡(jiǎn)稱(chēng)EIT)效應(yīng)既能得到顯著非線性光學(xué)效應(yīng),又能消除強(qiáng)的介質(zhì)共振吸收,從而解決了介質(zhì)強(qiáng)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(diǎn)問(wèn)題之一。與此同時(shí),利用EIT介質(zhì)中的強(qiáng)非線性效應(yīng)來(lái)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(gè)有趣的課題之一。近來(lái)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(gè)數(shù)量級(jí)。這些成果為研究EIT介質(zhì)中非線性光學(xué)性質(zhì)開(kāi)辟了新的方向。這些研究考慮的是單一信號(hào)光在一維EIT介質(zhì)中的傳播情況。然而,實(shí)際中的大多數(shù)情況是多束信號(hào)光同時(shí)傳播,或者是信號(hào)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(dòng)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(duì)光孤子概念及其分類(lèi)做了簡(jiǎn)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(jìn)展,如光速變慢、Kerr非線性效應(yīng)增強(qiáng)等。最后,對(duì)本論文的主要研究?jī)?nèi)容,方法和意義進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。
　　考慮到目前對(duì)于EIT介質(zhì)中光孤子的研究主要集中在對(duì)一維光孤子的研究,而事實(shí)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(jí)超冷

5、原子系統(tǒng)二維空間光孤子的動(dòng)力學(xué)行為,發(fā)現(xiàn)其中的光孤子并不穩(wěn)定,會(huì)隨著時(shí)間演化成為暗光孤子環(huán)。
　　實(shí)際中,大多數(shù)情況是多束信號(hào)光同時(shí)存在于同一個(gè)介質(zhì)體系中?；诖?在第3章中,研究了兩束信號(hào)光在雙Λ型四能級(jí)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(guò)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(shí)能量的轉(zhuǎn)移方向均由它們之間的