开放的V型三能级系统无反转激光及光学性质相干控制的理论研究

论文摘要

物质的光学性质和光学过程的相干控制研究是当前世界上光学研究中重要而活跃的前沿领域之一。相干控制的研究不仅有重要的理论意义,而且在量子光学、非线性光学、量子信息和光通讯等领域项都有重要的应用价值。原子相干现象在很多方面都具有潜在的应用价值,而在众多的原子相干现象中,无粒子数反转激光（Lasing Without Inversion 简称LWI）引起了人们更大的兴趣和特别的重视。作为一种产生激光的新型机制,应用无粒子数反转激光可以在应用传统激光理论和方法很难甚至不可能产生激光的高频光谱区（X-射线甚至γ-射线区）产生激光,因此无粒子数反转激光的研究具有广阔的应用前景。本论文在前人研究工作的基础上,进行了开放的V 型三能级原子系统无反转激光和光学性质相干控制的理论研究,全文内容共分五章: 第一章为综述,对无粒子数反转激光和相干控制的研究意义、无粒子数反转激光产生的基本原理和当前研究现状进行了介绍。第二章对开放的共振V 型系统进行了非线性动力学研究。通过对密度矩阵运动方程组non-lasing 解失稳性的研究发现,对于开放的共振V 型系统既能通过Hopf 分岔产生自脉动LWI 输出,又能通过Pitchfork 分岔产生连续波LWI 输出,并讨论了系统增益系数、腔的损耗系数、粒子注入速率比和粒子退出速率等系统参量对可导致无反转激光产生的失稳区的影响。另外,我们在此基础上利用数值计算结果分析了产生连续波LWI输出和自脉动LWI 输出的时间演化规律,分别讨论了系统各参量对时间演化规律的影响。第三章分析了开放的V 型三能级系统中自发辐射诱导相干（SGC）效应和系统的其他参量对吸收、色散和粒子数差的影响,并讨论了封闭系统和开放系统的差别。第四章讨论了在自发辐射诱导相干的影响下,探测场的增益对探测场和驱动场间的相对相位φ的依赖以及粒子的退出、注入速率和非相干泵浦速率等参量对增益有无反转的影响。经过研究我们发现开放系统比封闭系统更易实现无粒子数反转激光,而且系统

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 综述
• 1 无粒子数反转激光产生的基本物理机制
• 2 研究状况
• 2.1 相干控制研究现状
• 2.2 无粒子数反转激光研究现状
• 第二章 开放的V 型系统的非线性动力学研究和激光场随时间的演化
• 1 基本方程
• 2 零级稳态解
• 3 失稳的相关讨论
• 3.1 Pitchfork 分岔
• 3.2 Hopf 分岔
• 4 激光场的时间演化分析
• 4.1 连续波激光场的时间演化
• 4.2 自脉动激光场随时间的演化
• 5 小结
• 第三章 自发辐射诱导相干对开放的V型三能级系统增益和色散的影响
• 1 原子模型及运动方程
• 2 外加非相干泵浦时各参量对系统的影响
• 3 无外加非相干泵浦时参量的影响及开放系统和封闭系统的比较
• 4 小结
• 第四章 开放的V型系统中外场相对相位对增益和色散的相干控制
• 1 考虑外场相位的运动方程
• 2 无外加非相干泵浦场时的结果
• 3 外加非相干泵浦场的影响
• 4 小结
• 第五章 开放的V型三能级系统中探测光脉冲传播速度的研究
• 1 运动方程及其定态解
• 2 结果讨论
• 2.1 两外场频率相等
• 2.2 外加电场的频率不相等
• 2.3 驱动场为强场
• 3 小结
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文