多普勒展宽下里德堡原子系综的光学双稳现象

论文摘要

在量子光学领域,原子与场相互作用所导致的量子相干和量子干涉效应可以产生很多有趣的光学现象。如电磁诱导透明（EIT）、相干粒子数囚禁（CPT）、光学双稳（OB）、无反转激光（LWI）等。其中,光学双稳现象由于在超快全光开关、光学晶体管和光学存储等方面的应用,使其在实验和理论上被广泛的研究。随着关于光学双稳研究的不断深入,光学双稳现象的实现机制也一直不断地被拓展。最近十几年,光学双稳的研究已经被拓展到里德堡原子系统当中。由于里德堡原子具有比较大的主量子数,因此展现出许多区别于普通原子的特殊性质,比如较大的电偶极矩、超长的能级寿命、里德态间的偶极-偶极相互的作用所导致的偶极封锁效应等。我们可以利用里德堡原子的特殊性质在量子多体物理领域实现对非平衡相变的研究;在量子信息处理方面实现单光子的存储;还可以实现量子纠缠和量子计算等。这些特殊性质也使得在里德堡原子相关的系统中实现光学双稳现象成为可能。近年来,光学双稳现象在超冷里德堡原子中已经被广泛研究,但是有限温度所带来的影响都没有被考虑在内。众所周知,当原子系统有温度时就会使原子产生热运动,而原子的热运动导致的多普勒效应就会影响原子系统的光学响应,此时多普勒效应所带来的影响是不能被忽略的。因此在本论文中,我们结合麦克斯韦分布的多普勒效应,首先拓展了二能级里德堡原子系综的光学双稳理论,主要探究由原子热运动所导致的多普勒效应对里德堡原子系综的光学双稳现象的影响。我们采用平均场理论来处理里德堡原子间的偶极-偶极相互作用,然后将温度的影响考虑进去。为了能够准确的考虑多普勒效应对里德堡原子系综稳态光学响应的影响,我们不能仅对里德堡布居进行简单的积分,而是要把基于平均里德堡布居的平均范德瓦斯势的影响考虑进去,为了解决这一困难我们采用了数值渐进迭代的方法来求多普勒效应影响下的最终的里德堡布居。最终通过数值分析我们发现,对于固定的激光频率和范德瓦尔斯势,双稳区域的宽度会随着温度的增加而减小;直到温度到达一定的临界值,原子的热运动会破坏掉双稳现象。此外,我们还发现双稳消失的温度和范德瓦尔斯势的大小是直接相关的。然后我们进一步考虑了一个三能级梯形原子结构,在单光子大失谐和双光子共振的条件下,此三能级结构可以绝热消除为一个等效的二能级结构。利用这样一个双光子的激发结构可以达到部分消除多普勒效应的效果,从而提高双稳现象对多普勒效应的鲁棒性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 光学双稳现象的简介与发展
•   1.3 里德堡原子相关领域的简介与发展
•   1.4 论文结构及主要内容
• 第二章 相关的物理背景及理论基础
•   2.1 里德堡原子的基本性质
•   2.2 里德堡原子系综中的光学双稳现象
•   2.3 多普勒效应对原子系统的吸收特性和色散特性的影响
• 第三章 考虑多普勒展宽的里德堡双稳布居
•   3.1 引言
•   3.2 理论模型与主要公式
•   3.3 数值结果与讨论
•   3.4 本章小结
• 第四章 三能级系统下多普勒展宽对里德堡光学双稳的影响
•   4.1 引言
•   4.2 理论模型与公式
•   4.3 数值结果与讨论
•   4.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间公开发表论文及著作情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨慧

导师: 吴金辉

关键词: 里德堡原子系综,光学双稳,多普勒效应

来源: 东北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 东北师范大学

分类号: O431.2

总页数: 44

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