發(fā)布時(shí)間：2020-11-17 12:15

　　 渦旋場自1992年被提出以來,就受到了人們的普遍關(guān)注。渦旋場波前相位中包含與軌道角動(dòng)量相關(guān)的螺旋相位因子,使其可以被應(yīng)用在量子存儲(chǔ),量子信息領(lǐng)域中。本文在光與物質(zhì)相互作用的過程中考慮了渦旋光場的影響,研究了在渦旋場的作用下,電磁誘導(dǎo)透明,四波混頻等經(jīng)典量子光學(xué)效應(yīng)所產(chǎn)生的新奇的現(xiàn)象。論文基本概況如下:首先,我們利用渦旋光作為控制場與~(87)Rb原子相互作用。在三能級(jí)的原子系統(tǒng)中,我們基于空間電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng),提出了一種產(chǎn)生新型結(jié)構(gòu)光的方案。所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光可以由耦合場控制。由于拉蓋爾‐高斯場和恒定耦合場誘導(dǎo)的聯(lián)合量子干涉的作用,不同的空間依賴光束可以通過測(cè)量介質(zhì)對(duì)光的探測(cè)吸收來得到。這個(gè)方法可能在光學(xué)和新奇的量子技術(shù)方面有著潛在的應(yīng)用。接下來,我們研究了在四能級(jí)的原子系統(tǒng)中,通過四波混頻過程產(chǎn)生渦旋調(diào)制的現(xiàn)象。將渦旋場引入到四波混頻過程中,與原子相互作用的渦旋場作為耦合場,利用四波混頻過程,渦旋光的螺旋相位被有效的傳遞到了產(chǎn)生的四波混頻場中,并且通過改變探測(cè)場的失諧,產(chǎn)生的四波混頻場的螺旋相位也發(fā)生改變。利用色散關(guān)系,我們?cè)敿?xì)的解釋了這個(gè)現(xiàn)象。我們還研究了產(chǎn)生的四波混頻場與高斯場的干涉圖樣,將相位調(diào)制現(xiàn)象呈現(xiàn)在了更利于實(shí)驗(yàn)觀察的光強(qiáng)分布上。這個(gè)研究也許能夠?yàn)樘剿骰谲壍澜莿?dòng)量的量子光學(xué)和量子信息技術(shù)提供幫助。最后,我們研究了在半導(dǎo)體量子阱介質(zhì)中,通過四波混頻過程產(chǎn)生渦旋光場的方法。通過改變探測(cè)場失諧和控制場失諧,我們可以有效地調(diào)制產(chǎn)生的四波混頻場的相位和強(qiáng)度。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)探測(cè)場和控制場失諧相等時(shí),介質(zhì)的吸收和色散都被有效的抑制。同時(shí)四波混頻的轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到最大,最大的四波混頻轉(zhuǎn)換效率為50%。這個(gè)過程將渦旋場的螺旋波前從輸入光傳遞到了輸出光,可能會(huì)應(yīng)用到固態(tài)量子光學(xué)和量子信息過程中。
【學(xué)位單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：O431.2
【部分圖文】：

安徽大學(xué)碩士學(xué)位論文5第二章理論基礎(chǔ)在量子光學(xué)效應(yīng)的研究中，最重要的一步就是研究光場與原子之間的相互作用。光場與原子的相互作用一般可以通過三種理論方法來處理，這三種方法分別是經(jīng)典理論，半經(jīng)典理論和全量子理論。在經(jīng)典理論中，光場被看作是滿足麥克斯韋理論的經(jīng)典的電磁場，光場與原子相互作用過程主要通過麥克斯韋方程與牛頓力學(xué)等理論分析。在半經(jīng)典理論中，通常只對(duì)原子進(jìn)行量子化處理，將原子看作量子化的能級(jí)結(jié)構(gòu)，其滿足薛定諤方程。光場依然用麥克斯韋經(jīng)典電磁理論處理不進(jìn)行量子化處理。在全量子理論中，光場和原子都要被進(jìn)行量子化處理，都需要滿足薛定諤方程。在本文中，我們應(yīng)用了光場與原子相互作用的半經(jīng)典理論來研究和分析本文中的理論模型。在本章中我們以三能級(jí)Λ型原子系統(tǒng)為例子，詳細(xì)介紹了光與原子相互作用的半經(jīng)典理論，并簡單介紹了電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)(EIT)和四波混頻(FWM)現(xiàn)象以及拉蓋爾-高斯(LG)光的基本性質(zhì)。2.1光與原子相互作用的半經(jīng)典理論圖2.1三能級(jí)Λ型原子系統(tǒng)能級(jí)圖我們考慮如圖2.1所示的三能級(jí)Λ型原子系統(tǒng)，能級(jí)0，1是系統(tǒng)的基態(tài),能級(jí)2是系統(tǒng)的激發(fā)態(tài)。振幅為pE，頻率為p的探測(cè)場驅(qū)動(dòng)能級(jí)02之間的躍遷，能級(jí)12之間的躍遷由振幅為cE，頻率為c的控制場驅(qū)動(dòng)。p為探測(cè)場的失諧量，c為控制場的失諧量。0，1，和2分別為能級(jí)0，1和2的本征頻率。在半經(jīng)典理論下，原子能級(jí)的哈密頓量可以表示為

安徽大學(xué)碩士學(xué)位論文11202=ppccpcpiiii(2.24)根據(jù)極化強(qiáng)度的定義，探測(cè)場的極化率可以表示為220200=2PN(2.25)將等式(2.24)代入到等式(2.25)中，我們得到探測(cè)場的極化率為22020=2pccpcpNiiii(2.26)其中N為原子數(shù)密度，0是真空中的介電常數(shù)。到此，我們得出了探測(cè)場的極化率，極化率的實(shí)部和虛部分別代表了原子介質(zhì)的色散性質(zhì)及原子介質(zhì)對(duì)光場的吸收，為了更加清楚的分析色散和吸收性質(zhì)，我們畫出了色散和吸收與探測(cè)場的失諧p的關(guān)系。圖2.2原子介質(zhì)的色散和吸收與探測(cè)場失諧的關(guān)系根據(jù)圖2.2我們看到，在共振情況附近，極化率的虛部為零，出現(xiàn)了一個(gè)透明窗口區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，我們看到原子介質(zhì)對(duì)探測(cè)場沒有吸收，也就是探測(cè)場可以無損耗的通過原子介質(zhì)，原子介質(zhì)在強(qiáng)相干場的作用下完全透明并且原子介質(zhì)表現(xiàn)出共振附近陡峭的正常色散，這個(gè)現(xiàn)象就是電磁誘導(dǎo)透明。電磁誘導(dǎo)透明產(chǎn)生的原因是量子干涉，當(dāng)原子介質(zhì)與強(qiáng)耦合場和弱探測(cè)場發(fā)生相互作用時(shí)，原子能級(jí)之間產(chǎn)生雙向相干，原子介質(zhì)對(duì)光場的吸收被抵消，從而出現(xiàn)透明現(xiàn)象。

第二章理論基礎(chǔ)122.3四波混頻在量子光學(xué)領(lǐng)域中，被人們廣泛應(yīng)用的量子光學(xué)效應(yīng)除了電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)還有四波混頻效應(yīng)。四波混頻是一個(gè)三階非線性過程，由三階非線性極化產(chǎn)生。它是在非線性介質(zhì)中輸入三個(gè)不同頻率和波矢的光并產(chǎn)生第四個(gè)相干光的過程，而且這四個(gè)相干光在非線性介質(zhì)中相互作用。相位匹配條件是四波混頻過程中最重要的一個(gè)條件。當(dāng)滿足相位匹配條件時(shí)，產(chǎn)生的輸出光的強(qiáng)度會(huì)被大大增強(qiáng)。滿足相位匹配條件的方式需要多種因素決定，包括輸入的泵浦光的傳輸方向，實(shí)際的實(shí)驗(yàn)條件以及最佳作用長度和空間分辨率。在這里，我們簡單介紹四波混頻的相互作用方式。四波混頻的相互作用的方式一般可分為以下三種類型，第一類為三個(gè)泵浦光場相互作用產(chǎn)生一個(gè)輸出光的情況，第二類為輸出光場與其中一個(gè)泵浦光場具有相同的模式的情況，第三類為后向參量放大和振蕩的情況。圖2.3四波混頻中的三種作用方式a)三個(gè)泵浦光相互作用產(chǎn)生一個(gè)輸出光的情況在這個(gè)情況下，泵浦光的頻率是a，b，c，產(chǎn)生的輸出光的頻率是f，這種相互作用方式的四波混頻效應(yīng)是最基本的三階非線性效應(yīng)。b)輸出光與其中一個(gè)泵浦光具有相同的模式的情況
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 高明偉,高春清,何曉燕,李家澤,魏光輝;利用具有軌道角動(dòng)量的光束實(shí)現(xiàn)微粒的旋轉(zhuǎn)[J];物理學(xué)報(bào);2004年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 丁冬生;基于原子系綜的寬帶高維量子存儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

2 周志遠(yuǎn);軌道角動(dòng)量光的頻率變換及在量子信息中的應(yīng)用[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2887486