电磁感应透明条件下里德伯原子系统的亚稳动力学

开放量子系统是新兴量子科技不可或缺的量子平台,也是量子物理中非常重要的研究领域,其中丰富的动力学现象引起了人们广泛的关注.例如,某些情况下系统在弛豫至稳态之前一般会经历漫长的动力学过程,即亚稳动力学过程.完整描述这种复杂而又缓慢的动力学过程往往非常困难.针对该问题,本文研究了如何在刘维尔的慢变本征模式子空间中对亚稳动力学过程进行低维度的近似描述,从而简化计算难度.然后,针对电磁感应透明条件下的里德伯原子系统,研究了其亚稳动力学过程的有效描述,并讨论了该有效描述和真实动力学之间的误差.本文的研究为建立开放多体系统动力学过程的有效简化描述提供了一种可行的思路和方法.

点间隧穿耦合对四能级三量子点电磁感应透明介质孤子动力学的影响

利用概率幅变分近似结合多重尺度法,研究了探测光在两边产生点间隧道耦合的非对称阵列型三量子点电磁诱导透明介质的传播性质.结果表明,由于系统的色散效应和点间隧穿耦合产生的非线性效应相平衡,系统能形成稳定传播的超低速时间光孤子.有趣的是,仅开启一边的点间隧穿耦合(即另一边关闭),随着点间隧穿耦合强度的增加,光孤子的速度呈现出先增大后减小的变化趋势,但光孤子的幅度却一直增大.两边两个点间隧穿耦合强度均开启后,随着点间隧穿强度逐渐的增大,光孤子的幅度随着点间隧穿强度的增大会出现逐渐减小,直到出现一个拐点后才迅速增大;而光孤子的速度相比较于单个隧穿强度的影响会明显降低,且出现停滞的现象.这些结果不但揭示出点间隧道耦合对三量子点电磁感应透明介质光孤子的动力学有着重要影响,而且还预言在半导体量子点器件中可利用点间隧道耦合调节其光孤子传输的幅度.

射频电场缀饰下铯Rydberg原子的电磁感应透明光谱

采用全红外光激发Rydberg原子的方案,选择探测光(852 nm)、缀饰光(1470 nm)和耦合光(780 nm),利用三光子激发方式实现了Cs原子Rydberg态(49P_(3/2))的制备.实验上,观测到射频电场作用下|7S_(1/2)?→|49P_(3/2)?Rydberg跃迁形成的电磁感应透明(EIT)效应,实现对Rydberg原子的光学探测,根据EIT光谱的变化来探究射频电场的幅度和频率对光谱的影响.研究表明,随着射频电场幅度的增强,观察到光谱现象从越发明显的ac Stark能移逐步过渡到复杂混合态的多个调制边带,并根据EIT主峰的频移进一步讨论频率对铯泡中电场屏蔽的影响.采用将低频电场调制到射频电场的方式,实现了基于Rydberg原子的50 Hz—1 kHz范围内电场解调,并对解调信号的幅度和频率进行拟合,保真度达到95%.研究结果对Rydberg原子射频光谱探测和低频电场的可溯源测量等提供有价值的参考.

基于冷里德堡原子电磁感应透明的微波电场测量

在磁光阱中利用冷原子温度低,多普勒展宽小的优势获得了窄线宽的里德堡电磁感应透明(EIT)谱峰,结合Autler-Townes分裂效应(EIT-AT分裂)分别测量了多个频率的微波电场强度.结果显示,EIT-AT分裂间距与微波电场强度呈很好的线性关系,EIT-AT分裂方法可测量的微波电场强度线性区的下限可达222μV/cm,这个下限比传统热原子蒸汽池中EIT-AT分裂线性区的下限5 mV/cm提高了大约22倍,这对极弱微波电场的绝对校准非常有帮助.我们进一步利用EIT共振处探测光透过率的变化测量微波电场强度,对应的最小测量值可以小于1μV/cm,相应的灵敏度可达到1μV·cm-1.Hz-1/2.这些结果展示了冷原子样品在微波电场测量及其绝对校准方面的优势.

基于冷里德堡原子电磁感应透明和Autler-Townes分裂的原子矢量微波电场计

利用冷原子温度低、里德堡电磁感应透明(EIT)谱峰窄、原子量子态明确的优势,在冷铷原子样品中基于里德堡EIT和Autler-Townes(AT)分裂效应直接通过光谱频率间隔测量了微波电场的极化。结果表明,里德堡EIT-AT分裂间隔随微波电场极化方向的改变呈现单调变化,并与微波电场极化在探测光偏振方向上的投影成正比,实现了微波电场极化分辨率3.2°。相比于传统的热原子蒸汽池中利用EIT共振处探测光透过率变化的方法而言,基于冷原子的EIT-AT分裂间距测量微波极化的方法具有更为直接、准确和分析简单等优点。该工作对微波极化的绝对测量和电场强度的校准都具有重要的意义。

基于电磁感应透明效应的光学图像加减

电磁感应透明效应是基于原子不同跃迁通道之间的量子相干效应,可以使得原子系综对于光场的吸收率降低,甚至接近于0,同时在原子共振频率附近伴随着强烈的色散,因而被广泛应用于群速度调控、光脉冲存储和光场的相干调控等领域.本文基于电磁感应透明效应,通过信号光场、耦合光场和读取光场操控复现光场,在4 f系统的像面上实现了光学图像的加减操作.相较于通常在频谱面上利用余弦光栅进行滤波的方案,基于电磁感应透明效应的方案无需制备频谱面滤波掩膜版,并且只产生正一级和负一级衍射图像,无0级衍射图像干扰,可广泛应用于光学图像的动态实时处理.

电磁感应透明(EIT)的实验和理论研究

进行了电磁感应透明(EIT)的实验研究以及相关的理论分析和研究。完成了铯原子超精细结构中的电磁感应透明实验和铷原子塞曼磁子能级的电磁感应透明实验,并通过实验深入研究了原子密度、温度、耦合光强度、激光线宽、激光失谐等因素对透明信号的高度、线宽的影响。

一维原子晶格中基于电磁感应透明的可调控光子带隙

利用电磁感应透明技术,在一维光晶格中相干驱动四能级N模型冷原子,实现动力学可调谐电磁感应光子带隙结构.在该原子系统中,光晶格中的原子密度呈高斯分布,使整个介质的密度在空间上呈周期性分布,导致探测场的折射率被空间调制,从而产生带隙结构.理论计算表明:基于两强耦合场的双暗态共振作用,探测场的吸收谱出现两个透明窗口;当满足Bragg条件时,探测场的三个不同频率区域内光子态密度减小,形成光子带隙结构.另外,改变两个耦合场的强度和失谐可以有效地调控光子带隙的宽度和位置.

基于电磁感应透明的量子信息存储研究

量子信息是量子力学与信息科学交叉的前沿领域,如何对量子信息进行存储和处理是人们研究的核心问题之一。采用数值模拟方法研究基于电磁感应透明技术存储光量子信息,并考虑了信号场与原子系统的耦合系数、原子弛豫率和控制光场强弱变化等对存储过程的影响。结果表明,存储后输出的信号脉冲强度随着耦合系数的增大而增大、随着原子驰豫率的增大而减小、随着控制光强的增大而增大。此外,控制光的强弱也对信号脉冲的存储位置产生影响。

基于全介质超材料的电磁感应透明开关实验研究

设计了一种基于全介质超材料的电磁感应透明开关,该器件是由载有变容二极管的方形金属双开口环谐振器和长方体形全介质谐振器构成。方形金属双开口环谐振器产生偶极子谐振,全介质块产生米氏谐振,这两种谐振之间的近场耦合作用导致了低损耗的电磁感应透明效应。进一步地,变容二极管的非线性响应使得该器件具有非线性电磁感应透明效应特征,模拟实现了电磁开关功能。本文利用数值仿真和实验测试证明了全介质电磁开关的有效性。结果表明:该器件结构能够模拟实现电磁感应透明效应,并且,当施加在变容二极管两侧的电压从1 V变化到6 V时,在1.59 GHz处实现了约8 dB的传输对比度,模拟实现了电磁开关功能。提出的全介质/金属结构在微波电路、非线性光学和电磁开关等领域具有良好的应用前景。

基于自发辐射相干控制的电磁感应透明诱导无反转光放大效应

建立微波驱动基态精细结构跃迁的Λ型三能级系统,研究基于自发辐射相干控制的电磁感应透明诱导无反转光放大效应.微波场作用于基态精细结构能级之间,产生3个透明窗口,利用适当角度的自发辐射相干效应与电磁感应透明耦合,实现透明向光放大的转化.结果表明,透明转化为光放大时,激发态与基态能级之间以及两个基态能级之间均不出现粒子数反转,但在产生光放大的过程中必须经历两个基态能级出现粒子数反转的状态.调节微波场的频率失谐量可以改变基态能级上的粒子数分布,有利于无反转光放大的产生.

三光子干涉对Λ型能级体系电磁感应透明的影响

在双光子探测、强耦合场驱动的Λ型能级体系中,我们在基态与低激发态之间加入一个驱动场,并应用密度矩阵方程理论研究了驱动场对双光子探测的电磁感应透明和Autler-Towns分裂的影响。

基于电磁感应透明的光存储的数值模拟研究及多脉冲存储分析

采用数值模拟的方法研究基于动态电磁感应透明(dynamicEIT)技术的光存储,与通过近似得到解析解的方法相比,此方法更有利于研究各种因素(如原子弛豫)对存储过程的影响。利用数值模拟的方法探讨了多脉冲存储的可行性及其在量子计算和量子通信领域的实际应用前景。

Y模型与V模型中的双光子电磁感应光透明

给出了双光子电磁感应光透明的两种理论模型 :Y模型和V模型 ,比较了两种模型的特性 ,并指出了V模型的优点。

基于电磁感应透明弱光非线性研究进展

利用电磁感应透明实现弱光场条件下的强非线性效应,开辟了一个崭新的非线性光学研究领域-"弱光非线性光学"。主要介绍了基于电磁感应透明的Kerr非线性和四波混频效应。Kerr非线性在全光学开关、全光学逻辑运算和光量子逻辑门等方面有着潜在的应用价值,四波混频也具有非常广泛的应用,其中最重要的是把可调谐相干光源的频率范围扩展到红外和紫外,在简并情况下,四波混频对于自适应光学中的波前再现是很有用的。另外,在材料研究中共振四波混频技术是强有力的光谱分析工具。

Pr^(3+)∶Y_2SiO_5晶体中电磁感应光透明及群速度减慢

利用光与物质相互作用的密度矩阵方程及其数值解研究Λ型Pr3+∶Y2SiO5晶体的电磁感应光透明(EIT)和光群速度减慢(SGV),分析非均匀加宽及相干驱动场强度对EIT和SGV的影响,理论与实验结果相符.

若干参数对瞬态电磁感应透明的影响

研究了原子梯形三能级系统的瞬态电磁感应透明特性 ,分析了系统各种参数 ,诸如瞬态作用时间、泵浦场和探测场的拉比频率、激光线宽及消相碰撞等因素对瞬态电磁感应透明的影响。结果表明 :在不考虑激光线宽及消相碰撞时 ,探测场的吸收随时间在零吸收附近作类似于阻尼减幅振荡 ,系统可实现无反转放大 ;随着泵浦场的拉比频率的减小及上能级驰豫速率的增大 ,感应透明将减弱。在考虑到激光线宽及消相碰撞等非相干因素时 ,对于一定的瞬态作用时间 ,感应透明将随着探测场拉比频率的增大而减弱。

电磁感应透明物理机制的解释

利用半经典理论,以Λ型三能级原子系统为例,研究了电磁感应透明的物理机制.通过暗态、缀饰态和密度矩阵方程三种理论,解释了当激光场与原子系统相互作用时,原子在光场诱导的跃迁通道间发生量子相干效应是出现电磁感应透明的原因.

电磁感应透明与Kerr非线性效应的增强

从理论分析了N型四能级原子系统中自发产生相干及外加激光场的强度变化对电磁感应透明和Kerr非线性效应的影响.结果发现,自发产生相干的存在能够使得Kerr非线性显著增强,随着其增强,Kerr非线性的峰值逐渐增强且进入电磁感应透明窗口内.此外,在自发产生相干系数极大时与不存在时相比,Kerr非线性能够增强10倍.研究还发现,减小耦合场和控制场强度之间的比值也能够增强Kerr非线性.

Er^(3+):YAG晶体Er^(3+)离子的浓度对电磁感应光透明的影响

在一个三能级模型中展示了Er3+：YAG晶体中的Er3+浓度对电磁感应光透明（EIT）的影响．没有耦合场时，Er3+离子浓度在15％左右时吸收达到最大；存在共振耦合场时，Er3+离子浓度在3％左右时透射有一个最优值．