多能级原子系统中四波混频现象的研究

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四波混频是一种非常重要的非线性光学效应,从它首次由Franken等人发现开始就一直引起人们的重视,并在理论和实验方面都进行了很多深入的研究。近些年来,科学工作者将电磁感应透明现象应用到四波混频的研究中,发现电磁感应透明能够极大地减小介质的线性极化率,同时共振的提高非线性极化率,从而提高四波混频的转化效率。这一发现将四波混频效应的研究推向了另一个高潮。  本文在相互作用绘景下,利用电磁感应透明的原理,理论上研究了四能级梯型原子系统和五能级原子系统中的四波混频效应,研究工作如下:  第一,我们对四能级梯型原子系统中的四波混频效应进行了研究。首先,我们根据物理模型写出了相互作用绘景下的哈密顿量,并利用密度矩阵法进行求解,给出了生成的四波混频信号场强度的解析表达式。然后,通过数值模拟分析了不同物理参量(如探测场的失谐量、耦合场的强度)的变化对生成的四波混频信号场强度的影响。  第二,我们重点研究了五能级原子系统中的四波混频效应。这里,我们考虑了生成的四波混频信号场的重吸收情况。首先利用密度矩阵法和微扰法求解出了此原子系统中生成的四波混频信号场对应的密度矩阵元,再结合麦克斯韦方程,并利用拉普拉斯变换给出了双通道四波混频信号效率的解析表达式。最后,通过数值模拟发现,改变耦合场的强度或能级衰变率可以调控双通道四波混频信号的效率。
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