開放的V型系統(tǒng)無反轉(zhuǎn)激光傳播效應(yīng)及瞬態(tài)演化的相干控制研究.pdf

1、物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)及光學(xué)過程的相干控制研究,是目前國際上光學(xué)研究中重要而活躍的前沿領(lǐng)域之一.相干控制的研究不但具有重要的理論意義,而且在非線性光學(xué)、量子光學(xué)、光通訊和量子信息等領(lǐng)域都有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.原子系統(tǒng)中的量子相干和干涉可以導(dǎo)致許多重要的物理現(xiàn)象,其中無粒子數(shù)反轉(zhuǎn)激光(簡(jiǎn)稱LWI)引起了人們極大的興趣和廣泛的關(guān)注.利用無反轉(zhuǎn)激光方法可以在應(yīng)用傳統(tǒng)激光理論很難或不可能產(chǎn)生激光的高頻區(qū)產(chǎn)生激光.因此,對(duì)無粒子數(shù)反轉(zhuǎn)激光的研究不僅具有重

2、要的理論價(jià)值,而且具有廣闊的應(yīng)用前景.
　　本論文在前人研究工作的基礎(chǔ)上,對(duì)開放的V型三能級(jí)原子系統(tǒng)無反轉(zhuǎn)激光傳播效應(yīng)及瞬態(tài)演化的相干控制進(jìn)行了理論研究。全文內(nèi)容共分為四章:
　　第一章綜述.介紹了無粒子數(shù)反轉(zhuǎn)激光及光學(xué)性質(zhì)相干控制的研究背景、意義,闡述了無粒子數(shù)反轉(zhuǎn)激光產(chǎn)生的物理機(jī)制和這一課題當(dāng)前研究的現(xiàn)狀.
　　第二章研究了在開放的V型三能級(jí)原子系統(tǒng)中,存在和不存在Doppler效應(yīng)兩種情況下,自發(fā)輻射誘導(dǎo)相干(S

3、GC)、粒子注入速率比和退出速率的改變對(duì)無反轉(zhuǎn)激光(LWI)傳播效應(yīng)的影響,并與封閉的V型三能級(jí)原子系統(tǒng)進(jìn)行了比較.研究表明:SGC強(qiáng)度越大,LWI增益和強(qiáng)度越大;當(dāng)時(shí),可得到最大的LWI增益和強(qiáng)度;有SGC時(shí)可獲得比無SGC時(shí)大得多的LWI增益和強(qiáng)度;在0r和S的一定數(shù)值范圍內(nèi),LWI增益和強(qiáng)度隨0r和S取值的增大而增大;選擇適當(dāng)?shù)?r和S的數(shù)值大小,在開放系統(tǒng)中可獲得遠(yuǎn)高于相應(yīng)封閉系統(tǒng)的LWI增益和強(qiáng)度;有Doppler效應(yīng)時(shí),存在

4、LWI增益的傳播距離明顯大于無Doppler效應(yīng)時(shí)的值,LWI增益最大值小于無Doppler效應(yīng)時(shí)的值,但LWI強(qiáng)度最大值大于無Doppler效應(yīng)時(shí)的值.
　　在第二章的基礎(chǔ)上,第三章主要研究了在具有自發(fā)輻射誘導(dǎo)相干的開放的V型三能級(jí)原子系統(tǒng)中,存在和不存在Doppler效應(yīng)兩種情況下,探測(cè)場(chǎng)和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)間的相對(duì)位相對(duì)傳播效應(yīng)的控制作用.研究結(jié)果表明:相對(duì)位相對(duì)傳播效應(yīng)有顯著的周期性影響,周期為2;通過選擇的取值可以獲得更大的LWI增

5、益和更長的存在增益的傳播距離,從而獲得更高的LWI強(qiáng)度.原子的注入速率比(S)和退出速率(0r)的改變將對(duì)位相相關(guān)的LWI增益和強(qiáng)度的空間演化產(chǎn)生明顯的調(diào)制作用.在S(0r)的一定取值范圍內(nèi),S(0r)的值越大,LWI增益和強(qiáng)度越大且強(qiáng)度達(dá)到極大值需要的傳播距離越長;相應(yīng)封閉系統(tǒng)中LWI增益和強(qiáng)度的最大值及能產(chǎn)生增益的傳播距離都小于開放系統(tǒng).Doppler效應(yīng)對(duì)位相相關(guān)的LWI增益和強(qiáng)度的空間演化也具有明顯的影響,存在Doppler效應(yīng)

6、時(shí)得到的LWI增益和強(qiáng)度明顯小于無Doppler效應(yīng)時(shí)的值.
　　第四章從開放的V型三能級(jí)原子系統(tǒng)密度矩陣運(yùn)動(dòng)方程出發(fā),利用數(shù)值計(jì)算結(jié)果,從存在非相干泵浦和無非相干泵浦兩個(gè)方面,分析了相對(duì)位相對(duì)LWI增益瞬態(tài)演化的控制作用,及粒子注入速率比和退出速率對(duì)位相相關(guān)的瞬態(tài)演化的調(diào)制作用.結(jié)果表明:無論是否存在非相干泵浦,相對(duì)位相的變化對(duì)系統(tǒng)增益(吸收)隨時(shí)間的瞬態(tài)演化都有著顯著的影響.存在與不存在非相干泵浦時(shí)的增益瞬態(tài)演化曲線是類似的;