腔耦合相干原子系统中古斯—汉欣位移的磁光和相位调控研究

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古斯-汉欣位移(Goos-H?nchen位移,简称GH位移)指光在两介质分界面上发生反射与折射时,在入射面内光束的出射位置与几何光学中预测位置(即入射位置)的距离。该位移的增强与调控可应用于温度传感器、位移传感器、折射率传感器、光开关等光学器件中。早期,人们主要是探究介质的材料、结构等参数对GH位移的影响。近年来,人们发现利用电磁感应透明等原子相干效应,可以在多能级原子系统中对GH位移的大小以及方向进行调控。本文基于量子相干效应,对腔耦合四能级原子系统中反射光与透射光的GH位移进行分析,研究了磁场、光场强度、光场相位等参数对GH位移的影响,具体内容如下:1.基于腔耦合tripod型四能级原子系统,研究了原子系统的吸收色散以及反射光与透射光的GH位移的变化规律。在磁场的作用下,Fe=0?Fg=1跃迁发生塞曼劈裂形成tripod型原子系统。分别以TE、TM偏振光作为耦合场和探测场探究了两种情况下光场的Rabi频率以及能级劈裂宽度(正比于磁场强度)对原子系统的极化率以及反射光与透射光的GH位移影响。第一种情况是以TM偏振光作为耦合场,TE偏振光作为探测场的原子系统作为腔内介质,由于量子干涉效应,随着耦合光场Rabi频率的增加,在共振处原子系统的吸收逐渐变弱,对应的反射光与透射光的GH位移数值则逐渐增强,并且反射光的位移的变化更显著;随着磁场强度的增加,原子介质的吸收以及位移变化规律则与前者恰好相反。第二种情况则是以TE偏振光作为耦合场,TM偏振光作为探测场,随着耦合光场Rabi频率和磁场强度的增加,共振处原子系统的吸收先增强后减小,GH位移的数值则先减小后增强。除此之外,在两模型中通过磁场与光场作用在共振处将原子系统由透明转化为弱吸收,从而使反射光的位移由正向转变为负向。该方案在两种模型中得出GH位移与系统吸收成反关联的变化规律,并且通过改变外加光场和磁场对GH位移的大小和方向进行调控,可用于在光开关等光学器件中。2.在腔耦合具有闭合环的四能级原子系统中,研究了反射光与透射光的GH位移。由于该系统的吸收与折射率不仅受外加场Rabi频率的影响,还与外加场的相对相位有关。因此,通过外加场的强度以及相位可以调控GH位移。结果表明共振处该四能级系统的吸收特性和反射光与透射光的GH位移都以2π为周期随相位呈周期性变化,并以φ=π为轴镜像对称,吸收越弱,位移数值越大;该系统的折射率同样以2π为周期随相位呈周期性变化,出现显著位移的共振角随折射率的增大而增大,两者随相位的变化趋势完全相同,因此可通过相位对GH位移峰值的角度进行调控。在相位为零时,随着耦合场Rabi频率的增加,共振处该系统的吸收逐渐变弱,反射光与透射光的位移逐渐增大,并且系统的折射率与共振角都呈先增大后减小的趋势。在不同探测场失谐处,验证了 GH位移与介质吸收特性成反关联以及共振角由系统折射率决定的规律。通过光场的相位和强度调控GH位移在光束控制方面有潜在的应用。
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