【摘 要】
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光是比较好的信息载体,所以研究光信息在介质中的传输和存储显得尤为重要。而电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,简称EIT)技术是操控光与原子相互作用比较好的方法。当两束激光与原子两基态子能级跃迁的频率满足双光子共振时,就会发生EIT效应。在EIT现象中,原子被囚禁在一个不与较高能级的激发态相互作用的相干暗态上,这一特性就可以使原子几乎透明的
【机 构】
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中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院)
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光是比较好的信息载体,所以研究光信息在介质中的传输和存储显得尤为重要。而电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,简称EIT)技术是操控光与原子相互作用比较好的方法。当两束激光与原子两基态子能级跃迁的频率满足双光子共振时,就会发生EIT效应。在EIT现象中,原子被囚禁在一个不与较高能级的激发态相互作用的相干暗态上,这一特性就可以使原子几乎透明的穿过介质,而不被吸收。EIT介质呈现强色散高透射的特性,能实现光速的减慢,再通过绝热地关闭和开启耦合光就可以将存储在介质中的光信号提取出来。这种通过EIT现象实现光减慢和光存储的技术在量子计算和量子通信领域具有巨大的应用前景。本文围绕光脉冲在原子介质中的存储完成以下方面工作。一是在铷原子中从事慢光实现,并发现电磁诱导透明窗口可以用于低通滤波器;二通过控制光脉冲的减速延迟,获得高斯脉冲的全部和部分存储;三是利用磁光阱方法制备了冷原子气体,为进一步研究光信息在冷原子中的存储建立基础。论文涉及的主要成果可以概括如下:第一,设计和搭建了一套以电磁诱导透明实验为基础的实验系统,用于进行光速减慢及光脉冲存储和提取的研究。第二,实现了铷原子A型塞曼子能级的电磁诱导透明的光脉冲的减速,并发现EIT窗口可用于光脉冲的低带通滤波器。第三,分析了慢光信随一些参数的变化关系,比如原子温度、耦合光强度、入射脉冲的宽度。得到了几乎与参考光信号完全分开的慢光信号,并通过控制耦合光的关闭和开启,可控的将全部或部分的光脉冲存储在原子介质中。第四,研究了激光放大芯片边带对冷原子的影响。我们利用外差法测量了边带个数对双频的频率差的依赖关系。在频率差为80MHz时,我们观察到6阶边带。另外,我们利用法布里—珀罗干涉仪探测了每个边带的功率分布, 研究了注入激光功率和放大芯片电流对边带产生的影响。我们在从事钾原子冷却和囚禁过程中,观察到了这种边带效应对冷原子的影响。对于40K,频率差为1.3GHz,此时边带对囚禁原子数目没有影响;而对于41K,频率差只有254MHz,此时边带效应可以减少囚禁原子数目一个数量级。第五,利用二维磁光阱中的多边带冷却提高囚禁6Li原子数目。在二维磁光阱中,我们通过在冷却光中产生6个边带将光的频谱宽度展宽到102MHz, 从而来和快速运动的原子相互作用,大幅度地提高了原子的囚禁速度。三维磁光阱中6Li原子的数目为6.0×108,与单频冷却相比原子数目提高了4倍。我们研究了囚禁冷原子数目与激光失谐量的关系, 实验结果和基于简单的二能级模型的理论计算吻合得很好。我们还通过分析精细结构交换的碰撞损失来进一步验证多边带冷却对锂原子是有效的(相对于很多其他的碱金属原子)。
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