四能级系统中的量子干涉

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多能级系统量子干涉效应和量子保密通信是近年来量子光学领域十分活跃的研究课题。基于量子干涉效应,产生了许多新的物理现象,例如相干粒子数布居捕获,无粒子数反转激光,电磁感应透明,自发辐射相消和高灵敏度磁场测量仪等等。对多能级量子干涉效应的深入研究,不仅具有重大的学术价值,而且具有广阔的应用前景。 本论文旨在从理论和实验两方面对以往少涉及的原子与分子混合共振多能级系统中的量子于涉效应进行研究,探索原子中满足量子干涉条件的能级结构,原子-分子混合共振系统中,在有缓冲气体下,原子-分子碰撞能量转移而实现粒子数布居的机理。揭示量子干涉效应对原子光谱的影响,为进一步开展原子多能级系统量子干涉效应的深入系统的研究打下基础。 目前,量子干涉效应的研究,大多集中在三能级系统的研究上,按驱动场和原子能级的构形分为A型V型和E型,而且对量子干涉相消进行了系统而深入的理论研究,上边提到的量子干涉效应可以分为电磁场-与原子的相互作用,电磁场与原子分子的相互作用,从而建立了量子干涉的基本理论体系,但是其实验研究报道至今仅有两篇(华东师大量子光学联合实验室,斯坦福大学激光实验室)。但在原子与分子混合共振,原子与分子碰撞而无辐射跃迁的系统中,量子干涉相消效应也被观察到了。量子干涉增强效应还没有见到实验报道,对其理论还未进行系统而深入的研究。 因此,本论文的主要工作和获得的新结果为: 1.首次观察到量子干涉增强效应。钠原子分子混合共振系统中,通过碰撞能量转移,混合共振激发是一个激光脉冲完成了两个激发过程。一是激光脉冲将 Na。从义叉态激发到 A‘Z;态,二是同一激光脉冲将Na从3P态激发到4D态。碰撞过程有两个作用,一是通过碰撞能量转移使钠原子的3PI”态和3Ps/2态实现有效的粒子数布居.二是碰撞使粒子在3巳乃和3巳”间振荡,在驱动光场作用下,我们观察4D~4P 的辐射,发现了量子干涉增强效应,通过对文献检索,我们还没有看到有关报道。 2.首次从理论上对量子干涉增强效应进行详细的分析和讨论。论文中采用对辐射场的全量子论,和驱动场的半经典理论处理,还应用了缀饰态理论和表象理论,进行了详细的分析和讨论。在标准的igllor-Weisskopf理论框架内,计算出了光谱的解析表达。并和实验有较好的拟合。首次明确的解释了谱线变窄、强度增强的量子干涉效应。应用密度矩阵理论,给出了4D态粒子数布居的形式解。 3.首次把原子分子碰撞实现的粒子数布居应用缀饰态理论进行处理。原子一分子碰撞过程中3P;;。和3P。;。粒子数有效布居,可以看作一个外加场,这个外加场对原子的3P态进行缀饰,这些缀饰态有一个交叠区,当激光扫描在这个交叠区时,出现量于干涉增强效应,离开这个交叠区,干涉增强效应消失,这项工作可能为多能级系统实现量子干涉效应开辟一条新路。 4.本论文的工作表明,在我们的混合共振系统中,量子干涉增强效应是裸原子和缀饰原子共同作用的结果。参与的相对仅重参量b-o.5,当b增大(或减小)时,例如b—o.7干涉效应减弱,b叫 量子干涉增强 效应消失。
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