论文题目: 原子相干中交叉Kerr效应的实验研究及全光学开关的实现
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学
作者: 常宏
导师: 王海,谢常德
关键词: 原子相干,交叉效应,光学双稳,全光学开关
文献来源: 山西大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文介绍了Λ型三能级电磁感应透明（EIT）原子系统中,交叉Kerr非线性效应的理论和实验研究。通过利用原子相干增强介质的交叉Kerr效应,实现了对光学双稳阈值的可控制移动,并利用这种特性实现了具有记忆功能的可控全光学开关。最后简要介绍了为进一步研究原子相干过程中的量子效应,而建立的铷原子磁光阱装置及俘获冷原子。完成的工作主要包括以下几个方面: （1） 通过简要理论分析与计算,说明了Λ型三能级EIT原子系统中产生交叉Kerr非线性效应的物理机制。结果显示EIT介质的相干效果越好,介质中交叉Kerr非线性效应就越强。 （2） 为从实验上研究相干原子介质中交叉Kerr非线性效应,需要宽频带、可连续调谐的稳频激光器系统,通过自制的半导体激光器稳频系统,实现了稳频状态下Rb原子D1吸收线附近约4GHz的连续调谐。 （3） 建立了一套光学三镜环行腔。通过运用环行腔腔长扫描技术,在强耦合光（EIT）和弱耦合光（CPT）条件下,分别测量了Λ型三能级原子系统中交叉Kerr非线性折射率n2随耦合光和探测光频率失谐量的变化关系。实验中当耦合光功率为16.2mW、频率失谐△c=-15MHz、探测光频率失谐△p=0时,观测到了对探测光π的交叉Kerr非线性相移,相应的非线性折射率为n2=9.6x10-6cm2/W。测量了由介质非线性折射率导致的相移,在不同耦合光频率失谐条件下,随耦合光功率的变化关系。通过测量n2随介质温度T（相应于Rb原子密度）的变化关系,对比模拟计算作出的Rb原子密度N随温度T的变化曲线,证明了n2与原子密度N成正比的关系。 （4） 为进行光学双稳阈值可控制移动的实验研究和实现具有记忆功能的可控全光学开关,建立了一套光学环行腔的锁定系统。 （5） 通过多能级原子相干过程中非线性增强效应,利用不同的控制光产生交叉Kerr非线性相移,在实验上实现了对光学双稳阈值的可控移动。并且应用双学双稳的平均场理论,通过数值模拟说明了光学双稳曲线移动的物理机制是由于控制光导致的相干原子介质中产生非线性相移所致。 （6） 利用对光学双稳阈值可控移动的特性,我们实现了在光学双稳“高态”和“低态”之间的可控跃变。在可控的光学双稳阈值移动的基础上,我们对“上”、
论文目录:
第一章 绪论
1．1 原子相干
1．1．1 量子相干
1．1．2 原子系统中的量子相干效应
1．2 相干原子介质中的非线性效应
1．2．1 相干原子介质中的吸收与色散特性
1．2．2 原子相干对介质非线性折射率的增强
1．3 利用相干原子介质实现原子间的纠缠和光场的关联
1．4 可控的光学双稳与全光学开关
1．5 中性原子的激光冷却与俘获
参考文献
第二章 光场与三能级原子相互作用的理论模型及铷原子电磁感应透明的实验观测
2．1 光场与三能级原子相互作用的理论模型
2．1．1 相干布居俘获
2．1．2 电磁感应透明的理论模型
2．2 铷原子中电磁感应透明的实验观测
2．2．1 铷原子及其能级结构
2．2．2 铷原子中电磁感应透明的实验观测
2．2．3 实验观测结果
参考文献
第三章 三能级相干原子介质中交叉 Kerr非线性效应的理论和实验研究
3．1 引言
3．2 相干原子介质中的非线性折射率
3．2．1 介质的非线性折射率和光场与介质相互作用的耦合方程
3．2．2 光学 Kerr效应——三阶非线性效应
3．2．3 三能级 EIT介质中的交叉 Kerr非线性效应
3．3 宽频带连续调谐的稳频半导体激光器系统
3．3．1 引言
3．3．2 宽带调谐的稳频半导体激光器系统
3．3．3 实验结果
3．4 利用磁场中原子的Zeeman分裂对半导体激光器稳频
3．4．1 基本原理
3．4．2 实验装置
3．5 利用光学环行腔直接测量相干原子介质的交叉 Kerr非线性折射率
3．5．1 利用光学环行腔测量交叉 Kerr非线性折射率原理
3．5．2 实验装置
3．5．3 测量结果
3．5．4 小结
参考文献
第四章 利用可控的光学双稳实现全光学开关
4．1 引言
4．2 光学双稳
4．2．1 光学双稳态
4．2．2 产生光学双稳态的物理机制
4．2．3 相干原子介质中光学双稳的研究进展
4．3 光学双稳器件
4．4 光学双稳的实验观测
4．4．1 光学双稳的实验观测
4．4．2 光学环行腔的锁定
4．5 可控制光学双稳态的实现
4．5．1 实验装置和原子能级结构
4．5．2 利用相干原子介质中的非线性效应实现光学双稳态可控的移动
4．5．3 理论分析
4．6 利用可控制的光学双稳实现具有记忆功能的全光学开关
4．6．1 利用可控制的光学双稳实现不同双稳之间态的跃变
4．6．2 具有记忆功能可控全光学开关的实现
4．7 小结
参考文献
第五章 冷原子中原子相干效应的预研——~(87)Rb原子气室磁光阱的建立与冷原子俘获
5．1 引言
5．2 中性原子激光冷却的物理机制
5．2．1 引言
5．2．2 中性原子在光场中受力的半经典理论
5．2．3 磁光阱的工作原理
5．3 铷原子气室磁光阱的激光冷却与俘获
5．3．1 磁光阱真空系统及梯度磁场
5．3．2 磁光阱光路和光学系统
5．3．3 实验结果
5．4 小节
参考文献
全文总结与展望
致谢
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发布时间: 2005-08-31
参考文献
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