电磁感应透明介质中光学前驱场的相干控制

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近些年,在量子体系中的光学前驱场现象受到了研究者们的广泛关注,前驱场现象是当今量子光学领域的重要研究课题之一。在1914年,Sommerfeld和Brillouin第一次提出并研究了光学前驱场。到目前为止,光学前驱场已经在基础和应用两个方面都取得了许多重要的研究成果。此外,光学前驱场现象已经被在γ射线,微波和声波中观察到,并且它们在水下通信,产生高强度的尖峰脉冲,医学影像等方面有重要的应用,这也是人们对光学前驱场感兴趣的重要原因之一。本论文主要研究矩形探测脉冲入射到冷原子87Rb介质中的动态传播过程,目的是要介绍光学前驱场的相干控制等特性。我们选取的模型是一个三能级Λ型系统,如图1所示。在半经典的光与物质相互作用理论框架中,通过考虑旋转波近似和电偶极近似,我们首先能得出Λ型系统的相互作用哈密顿量,并且可以得出具有五个密度矩阵元的方程组,接着我们又利用慢变近似下的麦克斯韦波方程,数值模拟了探测脉冲的动态传播过程。首先,我们分析研究了矩形探测脉冲入射到图1所示模型后的动态传播和演化过程。我们成功地观察到了上升沿处的光学前驱场,主体脉冲和与主体脉冲重叠在一起的下降沿前驱场,为了更好地说明光学前驱场的形成过程,我们数值模拟了这两个前驱场的动态传播。其次,为了把下降沿处的光学前驱场从主体脉冲中分离出来,我们通过增加原子介质长度的方法,成功地将前驱场与脉冲主体相分离。然而,在实际情况中我们要考虑到适当的原子数密度N,所以原子样品的长度不能太长。同时我们通过数值模拟发现,光学前驱场和主体脉冲的振幅都随着介质长度L的增加而减小。因此,引入基于EIT的光存储技术来分离前驱场与脉冲主体是合适的。通过光存储技术,前驱场与主体脉冲之间的时间延迟被增加,为了更好地理解这一过程,我们数值摸了整个过程的动态传播和演化。另外,我们设计了一个特殊的矩形减高斯波形暗脉冲,并且研究了如何将一个暗脉冲转化成亮脉冲。该特殊脉冲的最大值仅出现在开始和最后部分,零值在中间部分,该中间部分称为暗态脉冲。我们把此脉冲入射到介质后,发现输出的脉冲由三个部分构成,前端的两个尖峰是光学前驱场,并且最后的部分是高斯亮脉冲主体。最后,我们设计了一个系统来检测和证实光学前驱场是否能比真空中的光速c传播得更快。我们采用的是一个四能级tripod系统模型,如图2所示。在该系统中,我们用一个相干泵浦场Γ作用在唯一的探测场传播上,通过相干泵浦场的作用来实现超快光。我们能够证实,光学前驱场是输出脉冲的第一个部分且没有光学部分能比光学前驱场传播的更快。
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