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1、量子干涉效应Quantumcoherenceeffects一、电磁感应透明(Electromagneticallyinducedtransparency,EIT)二、无反转激光三、无吸收折射率增强(Lasingwithoutinversion,LWI)(Refractiveindexenhancementwithoutabsorption)7/25/202117/25/20212一、电磁感应透明(Electromagneticallyinducedtransparency,EIT)7/25/20213电磁诱导透明：通过量子干涉效应，使不
2、透明的介质变为透明，使介质对探测光的吸收几乎为零。Imamoglu和Harris最早在理论上提出EIT，然后于1991年在实验上观察到这一现象。此后人们意识到，当共振吸收被消除时，非线性光学效应能得到增强，也能使探测光的性质得到更好的利用。下面将具体讨论电磁诱导透明是如何产生的。7/25/20214图：三能级Λ型原子与两光场相互作用模型1、相干布居捕获驱动场Ωc耦合跃迁
3、2－3>探测场Ωp耦合跃迁
4、1－3>失谐量为7/25/20215系统总的哈密顿量为其中自由哈密顿量相互作用哈密顿量7/25/20216经旋转变换后，系统自由哈密度量和相
5、互作用哈密顿量变为其中失谐量而相互作用哈密顿量可继续化简为其中定义7/25/20217在双光子共振条件下，即时，有其中由相互作用哈密顿量表达式可以看出，只有
6、+>态与场作用，所以称此态为亮态(brightStates)。而与亮态
7、+>正交的态
8、->可写为7/25/20218这个态没有参与相互作用，它是系统哈密顿量的本征态，相应的本征值为零，即因此称这个态为暗态(DarkStates)。当Ωc和Ωp取值达到平衡时，暗态表达式中的两项对态
9、3>和暗态之间偶极矩的贡献是相等的，这时暗态表达式中的负号便会导致偶极矩总振幅消失。暗态
10、->也被叫作
11、未耦合态
12、NC>，而亮态
13、+>保持了与电场的耦合，叫作耦合态
14、C>。7/25/20219等价于耦合场Ω和原子能级间的衰减组成了布居转移的两步通道。在耦合场作用下，能级
15、+>上的布居经过能级
16、3>转移到能级
17、->上，从而导致布居捕获在能级
18、->上，把这个能级也叫作捕获态。处于此能级上的原子不再参与光的耦合作用，这就是相干布居捕获现象。7/25/202110当用一个强驱动场和一个弱探测场作用于介质时，由驱动场产生的量子干涉效应是重要的。此时态
19、1>成为未耦合态
20、NC>，态
21、2>成为耦合态
22、C>，介质对探测场的吸收为零，呈现电磁诱导透明现象。
23、7/25/2021112、电磁诱导透明强场Ωc驱动能级
24、2>和
25、3>弱场Ωp探测能级
26、1>和
27、3>图：Λ型电磁诱导透明介质模型下面采用几率幅的方法给出电磁诱导透明的相关结果。7/25/202112设能级
28、1>
29、2>
30、3>上的几率幅分别为a1a2a3，则系统的态矢量表示为：系统总的哈密顿量为7/25/202113将态矢量和哈密顿量代入薛定谔方程令唯象引入衰减项，得到如下几率幅运动方程：7/25/202114假设大多数原子处于基态，即，得到稳态解由原子复偶极矩表达式和可求得线性极化率的实部(色散)和虚部(吸收)。7/25/202115线性极
31、化率的实部和虚部表达式分别为：N为原子数密度，为偶极矩元素，为真空中介电常数。其中7/25/202116图中A点为电磁诱导透明点，当失谐量为零时，实部和虚部都为零，此时折射率为1而吸收为0，介质在强相干场作用下完全透明，这种现象称为电磁诱导透明。参数选择：7/25/202117电磁诱导透明是由原子相干对吸收的相消干涉导致。在前面描述的三能级Λ型系统中，两个低能级属于基态，从激发态到两基态的跃迁为电偶极跃迁，其中，一个利用强相干场耦合作为耦合跃迁，另一个采用弱相干场探测作为探测跃迁。在这种条件下，原子吸收光的两个可能的通道之间发生干涉，彼
32、此相消。由于相消干涉，没有共振吸收，同时没有折射，导致EIT。7/25/202118二、无反转激光(Lasingwithoutinversion,LWI)7/25/202119传统产生激光的条件必须使原子的布居发生反转，使受激辐射大于吸收过程。由EIT可以看到当原子处于两较低能级的叠加态时，可使得介质无吸收。那么，当更多的原子处于较低能级时(无反转)，是否会产生激光呢？答案是肯定的，下面介绍通过相干制备过程实现无反转激光。7/25/202120Thepopulationisinitiallyequallydistributedwitha
33、fixedphasebetweenthetwolowerstates
34、b>and
35、c>（a1）Resonanceconditions1.TheLWIconcept7/25/202121Theprobabil
