多能级原子介质中电磁诱导光栅衍射特性研究

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原子相干和量子干涉效应是对光和原子实施有效控制的强有力手段,是量子光学和激光物理领域中研究的热点课题。原子相干产生了许多新颖有趣的物理现象,其中最典型、最著名的现象之一就是电磁诱导透明。由于其独特而新颖的光学性质,电磁诱导透明在非线性增强、激光冷却、光速减慢、量子信息存储等诸多领域具有重要的应用价值。随着对电磁诱导透明现象研究的不断加深,人们把这一现象应用到原子局域化、电磁诱导全息成像、电磁诱导光栅等方面,取得了一系列成果。  本论文利用驻波场驱动的原子相干效应,在多能级原子系统中研究了电磁诱导光栅的衍射增强和衍射阶次调控问题,并首次提出了二维电磁诱导正交光栅的理论方案,实现了电磁诱导光栅由一维向二维方向的拓展。主要内容和研究结果如下:  1)利用M型五能级原子系统具有陡峭的色散,且色散大小可通过调整三个耦合场的强度进行操控,研究相位调制对一维电磁诱导光栅衍射特性的影响。结果表明:不同的相位调制深度可把探测衍射光能量衍射到不同的阶次方向上,即当相位调制深度分别为π、2π、3π时,探测衍射光能量分别被集中衍射到一阶、二阶和三阶方向上,使相应阶次的衍射强度达到最大值。  2)首次在Tripod型四能级原子系统中提出了二维电磁诱导正交光栅的理论方案,实现了电磁诱导光栅从一维向二维方向上的拓展。研究发现:在两个相互正交的驻波场作用下,探测光场的吸收和色散发生空间周期性变化,原子介质被调制成一空间周期性变化的二维正交光栅结构,而且其衍射特性显著依赖于探测光场的失谐量、两耦合驻波场的强度等参数。另外,通过调整两耦合驻波场的强度和失谐量,二维电磁诱导光栅的衍射强度由对称分布转为不对称分布,光的能量集中分布在某一方向上,使该方向上的一阶衍射强度得到显著提高。研究结果可用于实现多通道全光开关和路由。  3)为了提高二维正交光栅的衍射效率,基于主动拉曼增益效应,在N型四能级原子系统中提出了一个实现二维增益正交光栅的新方案。研究发现:由于主动拉曼增益效应的存在,不仅使二维增益正交光栅的零阶衍射强度被放大,而且一阶衍射强度也得到显著的提高,远大于基于电磁诱导透明的二维电磁诱导正交光栅。
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