手征原子媒质表面的光学性质研究

来源 :杭州电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hong2007quan
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激光相干制备原子和分子的量子态会引发光跃迁振幅的量子干涉。通过这种方式,可以显著地改变介质的光学特性,从而产生电磁感应透明和相关效应。这使得气相系统成为研究具有全新光学特性的介质的中心。在探测场和控制场作用下的五能级原子系统,由于磁偶极跃迁与电偶极跃迁的相干耦合导致了电磁诱导手性,称此原子系统为手征原子媒质。本文主要研究了五能级手征原子媒质的Kerr/Faraday偏转效应,当外加在原子媒质上的控制场发生改变时,原子媒质的光学特性随之改变,从而达到控制Kerr/Faraday偏转的效果。具体工作如下:首先对近年来关于手征原子媒质相关特性和Kerr/Faraday效应的研究进行了概述,陈述了研究手征原子媒质的意义,然后详细描述了手征原子媒质的能级结构,同时因该介质的光学参数能够通过控制场调节,导出了具有磁电交叉耦合的手征原子媒质的介电常数,磁导率,手性系数和折射率的广义表达式。最后给出与手征介质相比,手征原子媒质的优越性及应用场景。本文接着推导了光从真空入射到手征原子媒质分界面处的反射系数和透射系数,根据计算结果得到了极化偏转率和反射波相位差的表达式,通过这两种性质研究了分界面处反射波的Kerr偏转效应。研究结果表明,对于s极化波入射,通过改变控制场的振幅与相位,可以得到多种不同的极化偏转现象。对于手征原子媒质来说,由于高失谐导致交叉耦合效应减弱,所以低失谐更容易实现完全极化偏转,当左、右旋圆极化波的折射率实部符号改变时,极化偏转随控制场振幅变化的结果不同。在高失谐高振幅的条件下,通过改变控制场相位可以改变满足完全极化偏转时的入射角大小;在低失谐的条件下,振幅的高低影响极化偏转结果,在高振幅时,可以得到完全极化偏转对入射角不敏感的情况,在低振幅时,可以得到大数值的p分量。接下来对透射波的偏转效应进行分析,在本文中研究了有限厚度手征原子媒质的Faraday效应。首先通过传输矩阵法得到有限厚度手征原子媒质的透射矩阵和反射矩阵,根据Faraday角的定义得到了Faraday角与手征原子媒质参数的关系表达式。通过改变控制场的振幅和相位,可以有效的控制Faraday效应,能实现最佳90°的Faraday偏转角。当消光系数为负时,垂直入射时的Faraday角可以得到很大改善,同时对入射波进行放大。通过改变手征原子媒质的厚度同样能够影响到Faraday效应,当手征原子媒质厚度足够大时,Faraday效应还具有一定的周期性。上述方法同样可以用于研究有限厚度手征原子媒质的Kerr效应。
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