掺饵YAG晶体中的正常色散和反常色散

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1、原创性声明木人声明:所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文，{“以明确方式标明。本人完全意识到木声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:aA钧日期:枷;年了月/乡日关于论文使用授权的说明本人同意学校有权保留并向国家有关部门送交学位论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。同意学校及国家有.关机构可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。、论文作者签名:熟‘均指”教师签“:皿奸畏日期:2

2、03-6.了日期:,2,-,)，6·’夕提要一一思.一幸=二，...加.....一~.一.肠，................-一洲................-.一一自一~，一...‘..............-一一目.-提要最近，通过相干光的作用在介质中控制光脉冲的传播速度成为量子光学领域的热门课题。在1999年L.V.Hau和S.E.Harris等人在冷原子中实现了17m/s的光脉冲传播。在2000年L.J.Wang等人在艳原子气体中实现了超出真空中光速(甚至达到负的光速)的光脉冲传播。光速减慢和超光速的光脉冲传播源自于由相干光所引起的介质的正常色散和反常色散。本

3、文提出了一个在掺饵的YAG晶体中的四能级系统，通过相干光和非相干泵浦的作用可以实现并控制晶体介质中的正常色散和反常色散。本论文是这样安排的:第一章介绍了本论文工作的背景，包括原子相干的简介和有关光速减慢和超光速研究的介绍。第二章详细地描述了光和物质相互作用的半经典理论，它是本论文的理论基础。第三章提出了在掺饵的YAG晶体中的四能级系统，并通过密度矩阵方法进行理论计算，对非相干泵浦和相干场对介质色散的影响进行了研究。本文的理论研究对实现晶体中的光速控制具有一定的指导意义。官林大学硕士论文第一章引言巴巴巴巴巴巴今巴巴导二带言二二.目目侣..巴‘曰.................

4、.国.....口..国口...口国巴国国.国................第一章工作背景介绍1原子相干和量子干涉原子相干是近几年来量子光学中的热门研究课题。它实际上是研究激光场与物质的相互作用，并把重点放在由于一束或多束相干光的作用导致了物质本身的能级状态发生改变，由此影响另一束光的吸收、色散、或非线性折射率的状态。一般说来，在没有外加相干场时，原子体系的密度矩阵只有对角元不为零，非对角元均为零。这时原子的不同能级间没有任何关联，不存在原子相干。通过外加相干场的激发，原子的哈密顿算符发生变化。这时原本无相干的两个原子能级之间在新的哈密顿算符的作用下产生关联，这种关联性反映到

5、密度矩阵中，就出现了非零非对角元，此既原子相干。从数学上来看，激光场场强可以写成复数形式:E(t)=Ee-‘十E"e'}`,而原子的波函数可写成:}o=艺吼e-'.,t。则光场与波函数的祸合必然导致e一-i(W;土’)‘项。若求探测能级}1)一{2)弱场的吸收色散特性，它由极化率尺:中有e-'}0的部分决定。无外加相干场时，它只由能级)1)和{2)粒子数差决定;加了强相干场，会出现e'(":一、项贡献给几1，此即由密度矩阵非对角元导致的原子相干.原子相干的实质是利用某些方法使原子的不同能级间发生关联，从而在原子的多通道跃迁中发生量子干涉.这种量子干涉可以产生许多新的物理现象，

6、如:电磁感应光透明[1]、无粒子数反转光放大[2]、相干俘获粒子数}3]等现象。这些新的现象主要在发展短波长激光器及高功率脉官林大学不反士论文第一幸引言冲激光器，提高介质的非线性能量转化效率，光信号处理及光通讯等方面有着广泛的潜在应用价值。对于原子相干效应，引入缀饰态可对其物理实质进行直观的了解。强场与原子相互祸合的结果用微扰论处理己不再合适，而缀饰态方法特别适用于强激光场与原子的作用问题。这种方法是将原子和强场看成一个统一的系统，由此系统的哈密顿量出发，可以求解出本征函数及本征值，这些本征函数构成新的函数空间，可看作原子的准能级。其他弱场与原子的相互作用可看作对具有准能级原

7、子的微扰，利用己经熟知的微扰论可求解弱场的吸收谱，色散谱，或荧光谱。在这一节里，我们通过研究一个强场与两能级原子的相互作用，得到在此条件下的缀饰能级波函数及其本征值。若一强场的频率为CO，其拉比频率为S2=,5iz-E12h.·则它与二能级原子相互作用(如图1-1-1)的哈密顿量可表示成:H=hmz1l2)(21+hsze-'0'1)(21+hK2*e'-I2)(1I(1一1一1)12)F..一卜叭111)图1-1-1强场与二能级系统相互作用。1t林大学润斑士i仑文第一章引言.，‘........口..