相干布居转移与非线性光学条件下的频率转换效率研究

论文摘要

在近代原子和分子物理中,把原子或分子制备在特定量子态上的研究方法引起了人们的广泛关注。这些原子和分子在激光控制化学反应和许多新的领域,如量子信息,原子光学,介质中的光传输,无反转激光,高谐波产生等,可以产生不同的物理现象和效应。因而对这些在特殊量子态上的原子或分子的研究有着重要的学术意义和潜在的应用前景。 本文第一部分采用了能级交叉技术和级饰态理论分析了Stark啁啾快速绝热过程（Stark Chirp Rapid Adiabatic Passage）,该过程使用了两束激光脉冲:一束是近共振的泵浦脉冲,把粒子从基态驱动到激发态,另一束为远离共振的强Stark脉冲,移动着能级|1〉和|2〉,使得泵浦脉冲的频率与玻尔跃迁频率达到共振,产生两个交叉点。如图1-1所示,通过选择两脉冲之间的不同延迟时间量和泵浦场跃迁的不同净失谐量Δ0,将在能级之间产生不同的布居转移情况。 1)当净失谐量O<Δ0<S0,两脉冲之间延迟时间为0时,粒子从基态转移到激发态的效率为0;如果选择合适的脉冲延迟时间,可使泵浦脉冲在一个交叉点周围足够强,在另一个交叉点周围足够弱,这样粒子从基态转移到激发态的效率可以达到最大值1。本文的理论计算结果与文献[36]得到的结果一致; 2)理论分析和数值计算发现,当泵浦光的净失谐量Δ0=0时,两能态上的粒子布居数相等,系统处在稳定的最大相干叠加态上,并且其稳定性不随泵浦场和Stark场峰值强度的改变而变化。 在相干性不变,泵浦场无衰减的情况下,利用最大相干效应能提高非线性转换效率的方法已被证实。本文第二部分在最大相干性的条件下分析了四波混频的转换效率,采用如图1-2所示的双光子驱动Λ-型三能级系统。由于考虑的是差频混合过程,转换过程产生的四波混频场的能量主要来源于泵浦场的强度,所以要讨论在泵浦损耗情况下的解析解。本文采用了哈密顿方法,得到泵浦场损耗情况下的解析解,并且得到了与普遍相干性条件下的不同结果。 1)采用哈密顿方法求解了在泵浦场无损耗情况下四波混频场的强度,得到的结果与麦克斯韦方程求解的结果一致:

论文目录

• 第一章 引言
• §1.1 频率转换效率的研究现状
• §1.2 本文的工作
• 第二章 二能级和Λ-型三能级系统中粒子布居转移
• §2.1 引言
• §2.2 理论分析与计算
• §2.2.1 能级交叉技术和缀饰态理论
• §2.2.2 完全布居转移条件
• §2.3 粒子完全布居转移分析
• §2.4 最大相干性的形成
• 0的变化'>§2.4.1 粒子布居随失谐量Δ₀的变化
• §2.4.2 最大相干叠加态的形成
• §2.5 Λ-型三能级系统中的SCRAP技术
• §2.6 结论
• 第三章 Λ-型三能级系统模型的建立及方程的推导
• §3.1 模型的建立及泵浦无损耗的频率转换
• §3.2 哈密顿方法的建立
• §3.2.1 Λ-型三能级系统中原子参数
• §3.2.2 相互作用的哈密顿量，本征值方程
• §3.2.3 共振四波混频中的运动常数
• §3.2.4 光在介质中的传输
• §3.3 三阶极化率的推导
• §3.3.1 三阶极化率与转化系数的关系
• 第四章 最大相干性条件下四波混频的研究
• §4.1 最大相干性的准备
• m和a_m的计算'>§4.2 折射系数A_m和a_m的计算
• §4.3 泵浦场无损耗的情况下传播方程的解
• §4.4 存在泵浦损耗下的四波混频解
• 1²＜1和b₂²＜1'>§4.4.1 线性折射和克耳效应同时被补偿：b₁²＜1和b₂²＜1
• 1²＜1，未补偿非线性折射-克耳效应b₂²＞1'>§4.4.2 线性折射被补偿b₁²＜1，未补偿非线性折射-克耳效应b₂²＞1
• 1²＞1'>§4.4.3 线性折射未被补偿的情况b₁²＞1
• §4.5 补偿相位失谐量
• 1²＜1'>§4.5.1 补偿线性折射引起的失谐量b₁²＜1
• 2²＜1'>§4.5.2 补偿由克耳效应引起的相位失谐量b₂²＜1
• §4.6 总能量转换效率
• §4.7 结论
• 第五章 全文的总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所做工作及研究成果