四能级原子系统中量子相干增强的Kerr非线性效应的研究

论文摘要

三阶Kerr非线性过程是实现全光学开关及全光学逻辑运算,光量子逻辑门,光子开关的一个有效途径。有效的非线性过程取决于激光强度及介质的非线性系数,提高激光强度或增强光学介质的非线性系数都可以增强非线性效应,但强度的过分提高会引起其他非线性过程极热效应。 在三能级EIT过程中,非线性极化率可以得到极大的增强。通过减小探针光和耦合光的失谐可以有效的提高三阶非线性极化率,但减小同时也会极大的增强探针光的单光子损耗,对光量子态的传递是一种破坏。 在Λ-型+|4>组成的四能级系统中,其在EIT条件下,非线性特性由于信号光对四能级原子系统的作用,使交叉Kerr非线性作用大大增强,与三能级系统相比,介质的Kerr非线性系数可增强两个数量级。 本文分析了分析了EIT效应的形成原因,在此基础上应用密度矩阵方程计算了基于87Rb中D1线(52S1/2-52P1/2)及D2线(52S1/2-52P3/2)中部分超精细结构能级形成的四能级原子系统的三阶非线性极化率随信号光和探测光频率失谐的变化关系。并计算了Kerr非线性效应的交叉相移及吸收系数。结果表明,由于量子干涉对信号光强度的敏感性,使四能级原子介质的交叉Kerr非线性作用大大增强,与三能级系统相比,四能级原子介质的Kerr非线性系数可增强两个数量级。 本文同时探讨了Doppler效应对Kerr非线性效应的影响以及四能级全量子理论模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 光与物质相互作用半经典理论简述
• 1.1 偶级近似
• 1.2 密度矩阵方程
• 1.3 光场与二能级系统相互作用
• 第二章 光场与三能级原子的相互作用
• 2.1 三能级系统中的EIT效应
• 2.2 三能级系统中的Kerr非线性效应
• 第三章 四能级原子系统中量子相干增强的 Kerr效应
• 3.1 半经典理论模型
• 3.2 理论计算
• 3.3 数值分析
• 3.3.1 四能级系统中的吸收和色散
• 3.3.2 Kerr非线性效应中的三阶非线性极化率
• 3.3.3 Kerr非线性效应的交叉相移及吸收系数
• 3.3.4 Doppler效应对 Kerr非线性效应的影响
• 3.4 全量子理论模型探讨
• 第四章 实验中的能级选用及激光器系统
• 4.1 原子能级选用
• 4.2 激光器系统
• 结论
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢