外场控制下多能级原子自发辐射特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:meishan802
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自发辐射的抑制、消除或使之转变为可用形式的研究对提高光子器件的发光效率、降低自发辐射噪声等问题的解决具有重要意义,因而原子的自发辐射控制已成为当今光子学研究的重要课题。通过在原子系统中引入外加场,可以为多能级系统提供更丰富的耦合图像,大大增加可控参量的自由度和多通道原子干涉现象的发生,从而可以实现对原子衰减特性的有效调制。此外,深入地研究存在外场作用的多能级原子的自发辐射特性,可能会预言若干新的物理现象和规律并指导实验研究工作,因此具有重要的理论价值和实际意义。本文以几种存在外加场的多能级原子系统作为研究对象,研究了外加场参数对原子衰减特性的调制。  首先研究了置于光子晶体中V-型三能级原子系统的自发辐射特性。应用拉普拉斯变换和终值定理方法给出了自发辐射谱的解析表达式,系统地研究了光子晶体上带隙频率在不同位置时自发辐射光谱的稳态行为。分析了V型三能级原子两个上能级的几率振幅间的初始相差对两个跃迁通道间的量子干涉特性的影响,进而对原子自发辐射特性的影响。  研究了存在两个外加驱动场的V-型四能级原子的稳态粒子数分布与荧光特性。应用密度矩阵方法给出了各上态粒子数的稳态分布情况。结果表明,量子干涉可以导致上态能级粒子数分布曲线的共振点发生劈裂。为了更深入地研究该原子系统中量子干涉效应的本质,应用对称态理论对这些现象进行了分析。应用量子退化理论得了该原子系统的荧光谱,并应用缀饰态方法对谱中峰的个数及位置的变化进行了分析。  将微波耦合场引入到四能级原子系统中,并详细地研究了该系统的自发衰减特性,得到了许多由微波产生相干引起的特殊光谱特征,例如谱线压窄,谱线增强和谱线部分抑制等现象。由于该原子系统中不存在发生自发感应相干的苛刻条件,从而为实验上观察自发辐射现象提供了一个可行的理论模型。将该原子置于光子带隙热库中,并讨论了光子上带隙边缘位置和微波场相位对原子自发辐射谱分布特性的影响。研究表明微波场的相位变化,不仅可以改变谱线的形状特征(比如辐射峰的强弱,暗线的有无),还可以改变原子向热库中辐射的能量大小。  研究了多能级原子自发辐射的多相干场控制,对于存在四个外加相干场的倒 Y-型原子,应用拉普拉斯方法得到谱分布的解析表达式,通过调制外加场的拉比频率和相位以及原子初始时刻的粒子数分布,得到了谱线压窄,自发辐射消失等光谱特征。应用数值方法和缀饰态理论对得到的谱分布现象进行了分析。对于存在两个衰减通道倒 Y-型原子的情况,通过改变外加场的拉比频率,微波场的相位以及原子的初始态,可以得到从单个辐射峰到四个强度不同的峰的演化,谱线对称性变化,谱线中暗线个数及位置改变等光谱行为,并分析了两个跃迁所对应的谱分布之间的影响。
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