真空輻射背景下原子系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì).pdf

1、自70年代以來，作為量子光學(xué)中非常重要的基本物理現(xiàn)象，原子相干引起了人們的極大關(guān)注。真空?qǐng)稣T導(dǎo)相干(Vacuum Induced Coherence，簡(jiǎn)稱VIC)就是一個(gè)重要的原子相干效應(yīng)。這種相干效應(yīng)主要是接近簡(jiǎn)并的能級(jí)與另外相同能級(jí)構(gòu)成的躍遷與相同的真空輻射場(chǎng)相互作用形成的。真空?qǐng)稣T導(dǎo)相干能夠引起原子光譜一系列的變化，特別是對(duì)電磁誘導(dǎo)透明(Electromagnetically Induced Transparency，簡(jiǎn)稱EIT)

2、的影響尤為突出。因?yàn)殡姶耪T導(dǎo)透明就是通過外加相干場(chǎng)來誘導(dǎo)原子系統(tǒng)的相干性從而使探測(cè)光不被該原子系統(tǒng)吸收的物理現(xiàn)象。近年來，很多科學(xué)工作者對(duì)真空?qǐng)稣T導(dǎo)相干效應(yīng)作了大量的研究，并發(fā)現(xiàn)真空?qǐng)稣T導(dǎo)相干能夠產(chǎn)生很多有趣的現(xiàn)象，譬如粒子數(shù)捕獲、無反轉(zhuǎn)增益、無吸收高折射率、自發(fā)輻射的干涉相消和干涉相長(zhǎng)、共振熒光、光速減慢等等。本論文就是在電磁誘導(dǎo)透明研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合以前真空輻射場(chǎng)方面的理論工作，提出實(shí)驗(yàn)室可行的原子模型并分析其有趣的光譜特征。為了更

3、好地指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，本論文詳細(xì)討論了真空?qǐng)稣T導(dǎo)相干對(duì)梯形四能級(jí)原子系統(tǒng)中單光子和雙光子透明的影響。另外，本論文還首次在人型三能級(jí)原子系統(tǒng)中研究了壓縮真空?qǐng)鰧?duì)原子系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)過程的影響。本論文的具體內(nèi)容如下：
　　 本論文的第一章，主要介紹了電磁誘導(dǎo)透明和真空?qǐng)稣T導(dǎo)相干的基本原理、研究進(jìn)展等背景知識(shí)。
　　 在第二章，首先介紹研究光與物質(zhì)相互作用所需的三種基本繪景，并指出它們之間的關(guān)聯(lián)。接著，利用光與物質(zhì)相互作用的半經(jīng)典理論，分

4、別推導(dǎo)了二能級(jí)原子系統(tǒng)和三能級(jí)原子系統(tǒng)中原子的哈密頓量、幾率振幅以及密度矩陣方程。在第二章中我們還通過綴飾態(tài)、暗態(tài)和密度矩陣方程等三種方法來對(duì)EIT進(jìn)行解釋。
　　 第三章，我們提出一個(gè)新的梯形四能級(jí)原子模型，包含了能夠引起EIT的兩種最基本結(jié)構(gòu)：V型能級(jí)和Λ型能級(jí)。當(dāng)該原子系統(tǒng)的中間兩個(gè)能級(jí)分別與真空輻射場(chǎng)相互作用耦合到基態(tài)和激發(fā)態(tài)時(shí)，自發(fā)衰變路徑間的量子干涉效應(yīng)導(dǎo)致了V型和Λ型的VIC。我們分別討論了這兩種類型的VIC對(duì)單光

5、子和雙光子電磁誘導(dǎo)透明的影響，并發(fā)現(xiàn)Λ型的VIC增強(qiáng)雙光子的吸收，而對(duì)單光子的吸收幾乎無影響；V型的VIC抑制單光子和雙光子的吸收。
　　 第四章，我們將首次在含時(shí)情況下研究壓縮真空?qǐng)鰧?duì)Λ型三能級(jí)原子系統(tǒng)中吸收譜和粒子數(shù)布居的影響。通過對(duì)比壓縮真空?qǐng)龊蚔IC對(duì)原子系統(tǒng)瞬時(shí)吸收特性的影響，我們發(fā)現(xiàn)，在弱探測(cè)場(chǎng)情況下，瞬時(shí)吸收和增益、吸收譜穩(wěn)態(tài)值以及達(dá)到穩(wěn)定的響應(yīng)時(shí)間等可以通過壓縮真空?qǐng)鰜碚{(diào)節(jié)和控制。還討論不同的初始條件下原子系統(tǒng)粒