光學(xué)微器件中原子自發(fā)輻射和受激輻射性質(zhì)的控制和應(yīng)用.pdf

1、自發(fā)輻射是量子信息的存儲(chǔ)和傳播、高頻激光器及高精度測量等現(xiàn)代量子光學(xué)新發(fā)現(xiàn)的主要限制因素之一。量子光學(xué)的一個(gè)重要課題就是探討控制和改變自發(fā)輻射的方法。利用已有的或者人為設(shè)計(jì)的環(huán)境(光子庫)，通過改變原子躍遷頻率附近的輻射場模密度，是加強(qiáng)或抑制原子的自發(fā)輻射的一種有效方法。另一方面，隨著原子捕獲技術(shù)的發(fā)展，人們對原子的操控越來越強(qiáng)。復(fù)雜環(huán)境(光子晶體和微腔)中，由外加激光場驅(qū)動(dòng)的原子體系的輻射性質(zhì)受到了廣泛的關(guān)注。 本文研究了原子

2、所處環(huán)境的改變對原子自發(fā)輻射衰減行為的影響。首先研究了位于兩平行板間的電四極子的自發(fā)輻射衰減速率，兩板中的一個(gè)或兩個(gè)平板的磁導(dǎo)率為無窮大。發(fā)現(xiàn)電四極子的自發(fā)輻射速率隨原子位置的演化呈現(xiàn)振蕩行為。當(dāng)兩板均是理想導(dǎo)體板或磁導(dǎo)率為無窮大的板時(shí)，電四極子的自發(fā)輻射速率隨原子位置改變的演化曲線相對于腔的中間平面是對稱的。當(dāng)一個(gè)板是理想導(dǎo)體板，一個(gè)是磁導(dǎo)率為無窮大的板時(shí)，缺少這種對稱性；為了揭示原子所處的限制環(huán)境對原子自發(fā)輻射速率的影響，我們進(jìn)一步

3、分析了處于理想導(dǎo)體包層的平板腔中的二能級原子，它自發(fā)輻射的光束的側(cè)向位移對其自發(fā)輻射速率的影響。發(fā)現(xiàn)由于在腔鏡界面出現(xiàn)正或負(fù)側(cè)向位移，將改變原子所處環(huán)境的輻射場模函數(shù)，從而導(dǎo)致原子自發(fā)輻射速率的加強(qiáng)或減少；由于考慮光學(xué)平板波導(dǎo)外原子的自發(fā)輻射性質(zhì)將有助于研究平板波導(dǎo)對原子的捕獲，我們還討論了位于金屬包層的介質(zhì)波導(dǎo)外，激發(fā)態(tài)原子自發(fā)輻射對波導(dǎo)的導(dǎo)波模的耦合。通過討論原子自發(fā)輻射對正常導(dǎo)波模和衰逝導(dǎo)波模的耦合效率，得出適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)上層金屬膜和

4、波導(dǎo)中間層的厚度以及原子的位置，原子自發(fā)輻射光子對波導(dǎo)的正常導(dǎo)波模的耦合效率可以達(dá)到90％。 本文還研究了復(fù)雜環(huán)境(光子晶體和微腔)中，受到外加激光場驅(qū)動(dòng)的原子體系的輻射性質(zhì)。首先我們考慮了與單模腔相互作用，且一個(gè)激發(fā)態(tài)通過強(qiáng)的激光場耦合到基態(tài)，而另一激發(fā)態(tài)經(jīng)由弱的探測場耦合到基態(tài)的V型三能級原子所組成的介質(zhì)的克爾非線性。分析了腔場頻率，腔場一原子的耦合常數(shù)和原子的衰減速率對線性和非線性極化率的影響。我們發(fā)現(xiàn)在腔誘導(dǎo)的量子干涉和