基于电磁诱导透明效应的腔衰荡光谱研究

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腔衰荡光谱是一种超高灵敏度的光腔吸收光谱技术。它与一般吸收光谱技术的不同之处在于,它是基于对经过光学谐振腔的透射光光强衰减率的测量。因此腔衰荡光谱技术对光源强度的波动并不敏感,而被广泛应用于精密测量领域。  电磁诱导透明效应是一种重要的量子相干效应。在电磁诱导透明介质中,控制场诱导原子处于相干叠加态,使介质对共振探测场的吸收减小,并同时伴随较强的正常色散,因此可以将其应用在光速减慢领域。本文中主要研究了如何将电磁诱导透明效应用于腔衰荡光谱,来延长衰荡时间和改善灵敏度。具体工作如下:  1.理论上分析了电磁诱导透明效应对腔衰荡时间和衰荡光谱灵敏度的影响,并推导出了相应的表达式。由于电磁诱导透明效应可以减慢光速,当探测光在腔中经历电磁诱导透明效应时,相当于延长了光子在腔内的寿命,由此可以延长衰荡时间,改善腔衰荡光谱的灵敏度。考虑电磁诱导透明效应的残余吸收后,衰荡时间的增强效应会有一定的弱化。因此,在实验中需要完善电磁诱导透明效应,使得介质内群速度得到大幅减慢的同时保证残余吸收尽可能的小。  2.实验上利用铷原子构建了Λ型三能级系统的电磁诱导透明,研究了其对腔衰荡光谱衰荡时间及灵敏度的作用。我们将铷原子作为待测样品,通过改变腔内待测样品的长度,分别测量了存在与不存在电磁诱导透明效应情况下的腔透射谱。经过数据处理和分析,得到了衰荡时间及其灵敏度。实验结果表明:电磁诱导透明效应延长了衰荡时间,改善了光谱灵敏度;最终获得了平均约1.5倍的衰荡时间灵敏度增强。  3.基于Ⅴ型三能级系统中光泵效应对电磁诱导透明残余吸收的抑制作用,开展了Ⅴ型三能级系统电磁诱导透明对腔衰荡光谱的改善实验。在合适的控制光条件下,光泵效应使该系统的残余吸收低于Λ型系统的残余吸收,从而使衰荡时间得到了进一步的延长。但由于实验中所采用的Ⅴ型系统的探测光所处的吸收峰位置与Λ型系统不同,其对应吸收要小于Λ型系统,因此对腔衰荡时间灵敏度的增强效果反而减弱,平均约1.45倍,略低于Λ型系统的增强效果。
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