电磁诱导相干介质中相关量子效应的研究

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在过去几十年中,基于原子相干现象,人们发现了许多量子效应,例如相干布居俘获(CPT)、电磁诱导透明(EIT)、无粒子数反转放大激光(LWI)等,并将其应用于相干介质中的光脉冲减慢,光存储以及非线性折射率增强等过程中。此外,这些效应还可应用于高灵敏磁力计的设计,量子计算,量子逻辑门,量子开关及量子干涉光学平版印刷术等。  本文回顾了电磁诱导相干介质中相关量子效应的发展与应用。并着重研究了简并二能级原子系综中的量子相干效应;利用电磁诱导透明过程制备单光子态;光脉冲群速度在电磁诱导相干介质中的减慢;以及利用电磁诱导相干介质减少量子噪声。完成的工作主要包括以下几个方面:  1.为了从实验上研究电磁诱导相干介质中相关的量子效应,需要窄线宽,可调谐的稳频激光器系统。我们采用饱和吸收稳频技术将激光器的频率稳定在Cs原子D2线超精细能级跃迁线上。并且激光器的连续调谐范围约22GHz。同时我们还测量了半导体激光器的线宽。  2.从理论和实验上研究了简并二能级系统中的量子相干效应。讨论了当改变耦合光的光强或改变磁场强度时的电磁诱导透明窗口的平移和展宽现象,实验数据与理论结果定性吻合。  3.理论上研究了三能级Λ型电磁诱导透明系统中辐射场的二阶相干度。计算结果表明,EIT系统中的原子相干效应使得上能级共振荧光辐射场的二阶相干度具有单光子的量子统计特性。同时考虑了辐射场的二阶相干函数随耦合光强度及探测场的失谐量的改变。  4.对光脉冲在铯原子蒸汽中的群速度减慢进行了理论和实验研究,测量了群速度随气室温度变化的关系。  5.从理论和实验上研究了通过电磁诱导相干介质后光场的强度噪声和位相噪声的改变。  其中创新性的工作包括:  A.研究了简并二能级原子系综中的多能级导致的原子相干效应。由于塞曼分裂,一个EIT窗口可以分裂为多个透明窗口,同时随着耦合光功率及磁场强度的变化,EIT窗口的宽度及其位置均会发生变化。这一效应有可能应用于在一个原子系统中实现多个光脉冲的减速和存储实验。  B.理论研究了三能级Λ型电磁诱导透明系统中辐射场的二阶相干度,发现EIT系统中的原子相干效应使得上能级共振荧光辐射场的二阶相干度具有单光子的量子统计特性。  C.实验和理论均证明当量子化光场通过三能级Λ型电磁诱导相干介质后,其位相噪声对强度噪声的转化,发现只有在一定频率条件下总的量子噪声才较小。
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