论文摘要
随着激光技术、微纳加工技术和原子操控技术的不断发展,空间调制下的原子相干效应引起了人们的广泛关注。所谓的空间调制指的是调制相干原子介质或者相干激光场的空间分布。空间调制下的原子相干效应已经被用于实现许多有趣的光学现象,比如亚光速和超光速脉冲传输、古斯-汉欣位移、双色激光、辐射阻尼光学增强、原子局域、电磁感应光子带隙、电磁感应光栅、时空反演（PT）对称性等。对这些光学现象进行深入系统地研究将有助于光通信、光传感、光信息处理以及高分辨成像等领域的发展。在本论文中,我们运用光与原子相互作用的半经典理论、夫琅禾费衍射理论以及古斯-汉欣位移理论,主要在非厄米原子光栅中实现了高衍射效率的单边拉曼-纳斯衍射、研究了原子光栅的无序对单边拉曼-纳斯衍射的影响并且利用压缩真空场实现了古斯-汉欣位移的巨增强。主要研究工作包括以下几个方面:1)我们在一维和二维PT对称原子光栅中提出了实现高衍射效率的单边拉曼-纳斯衍射的方案。该原子光栅是由三能级Λ型的87Rb和85Rb混合的冷原子气体构成。研究结果表明,利用实验可获得的参数,我们确定了PT对称原子光栅允许我们观察到高衍射效率的单边拉曼-纳斯衍射的条件—奇异点。这个非平凡的原子光栅是由振幅光栅和相位光栅叠加而成。PT对称光栅奇异点处的单边拉曼-纳斯衍射是由振幅光栅和相位光栅之间的相长干涉和相消干涉导致的。另外,从未破缺到破缺PT对称相区的PT相变可以改变拉曼-纳斯衍射谱的分对称分布。最后,我们研究了三个不同的PT相区中的光栅厚度对拉曼-纳斯衍射分布的影响。接着,利用类似的方法,另一个实现高衍射效率的单边拉曼-纳斯衍射的方案是在一个极化率满足PT反对称性的二维增益型原子光栅中被提出。该原子光栅是由四能级N型的二维冷原子晶格构成。研究表明,增益型的PT反对称允许我们在系统的奇异点观察到高衍射效率的单边拉曼-纳斯衍射图样。这种特殊的衍射现象是由PT反对称系统的非厄米简并导致的。此外,我们研究了被调制的频率失谐量的相位对拉曼-纳斯衍射的影响。结果发现,频率失谐量的调制相位可以控制PT反对称原子光栅的衍射方向。上述的两个方案可被用于设计特殊的光分束器、转换器和路由器等,在光通信、光存储以及光信息处理等领域都有着潜在的应用。2)我们研究了无序原子光栅中的几何无序和结构无序对拉曼-纳斯区的单边衍射的影响。这两种类型的无序是分别通过在冷原子晶格的位置和宽度上引入随机变量实现的。结果表明,几何无序和结构无序对于拉曼-纳斯衍射有着截然不同的影响。随着无序强度的增加,单边拉曼-纳斯衍射会被几何无序破坏,但是对结构无序却显示出了很强的鲁棒性。这两种不同的衍射行为与无序在驻波耦合光场和高斯型原子晶格之间的空间相移上所诱导产生的随机变化有关。此外,我们发现相对于非关联的几何无序,单边拉曼-纳斯衍射对关联的几何无序更敏感。我们的研究有助于人们理解光波及物质波在无序势场中的衍射行为。3)我们在一个包含二能级原子的腔系统中提出了增强古斯-汉欣位移的方案。宽带压缩真空场被注入到腔中,与原子介质发生相互作用。在坏腔限制下,原子算符的布洛赫方程与自由空间中的布洛赫方程是一样的,只是对系统参数进行了修正。利用实验可获得的参数,我们确定了压缩真空场允许我们实现反射光束和透射光束的古斯-汉欣位移巨增强的条件。研究表明,古斯-汉欣位移的增强与压缩真空场所控制的相干布局振荡相关。另外,我们发现反射光束和透射光束的古斯-汉欣位移非常依赖于控制光场和压缩真空场之间的相对相位。最后,基于反射光束的古斯-汉欣位移的巨增强现象,我们设计出了一个超灵敏的位移传感器。通过数值分析,该位移传感器的测量灵敏度可以达到约2340μm/nm,相对于之前的测量方案有了极大的提高。总之,本论文的研究加深了人们对空间调制下的原子相干效应的认识和理解。这些研究对原子分子物理学、激光物理学、量子光学以及衍射光学等学科的发展具有一定的参考价值。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 水涛
导师: 杨文星
关键词: 冷原子介质,原子相干效应,非厄米光学,拉曼纳斯衍射,古斯汉欣位移
来源: 东南大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 物理学
单位: 东南大学
基金: 国家自然科学基金项目(No.11374050,11774054),江苏省研究生科研与实践创新计划项目(No.KYCX18_0055)
分类号: O431.2
DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.003917
总页数: 114
文件大小: 22990k
下载量: 12