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随着超短激光脉冲技术的发展,超短激光脉冲与介质的近共振相互作用在理论与实验上都得到了广泛关注和深入研究。在这个基础上,本论文在半经典理论下框加要下,建立了啁啾超短激光脉冲与二能级原子体系相互作用的Bloch方程和Maxwell-Bloch方程理论模型,由此研究了超短激光脉冲相位调控稀薄和稠密共振介质的性质,以及超短激光脉冲相位调控均匀展宽二能级体系的传播规律等方面的工作。本论文分为五章:
第一章,简要回顾了光与物质相互作用行为的研究历史,尤其是本论文的主要研究对象——超短激光脉冲相位调控共振介质的性质。
第二章,详细推导了在近共振、电偶极、旋转波和慢变振幅近似下,啁啾超短激光脉冲与二能级体系相互作用的光学Bloch方程,在这个基础上,引入局域场近似,得到了稠密体系修正的光学Bloch方程;并推导出啁啾超短激光脉冲与二能级体系作用的Maxwell-Bloch(MB)方程。
第三章,介绍了数值求解的方法,用数值算法求解了含啁啾相位的光学Bloch方程,得到啁啾符号和啁啾量与Bloch矢量的关系,以及共振失谐量符号和啁啾符号对Bloch矢量性质影响的规律,研究结果表明,啁啾的符号和大小对Bloch矢量的瞬态相干过程和稳态特性都会产生明显的调制作用。然后用线性啁啾高斯脉冲和双曲正割脉冲研究光脉冲对粒子布居的控制,研究结果表明,啁啾、入射光脉冲面积对粒子布居都有一定程度的调制作用。由此可以通过调节激光脉冲的参数和啁啾特性来实现对二能级体系性质的调控。
第四章,用数值算法求解了稠密体系修正的光学Bloch方程,研究了局域场效应中的近偶极-偶极(NDD)修正系数、啁啾参量、入射脉冲面积等对光与二能级体系的相互作用性质的影响。研究结果表明,在稀薄和稠密两种不同的二能级体系中,NDD修正系数、啁啾参量、入射脉冲面积等对Bloch矢量的瞬态相干过程和稳态特性具有调制作用。
第五章,数值求解了Maxwell-Bloch方程,研究了啁啾超短激光脉冲在均匀展宽二能级体系中脉冲的传播特性,分析了啁啾参量、脉冲宽度等因素对其传播特性的影响。
最后总结了本论文的主要工作,并对本课题的发展前景作了讨论。