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自从Harris等人在20世纪90年代提出电磁诱导透明(EIT)现象后,由于EIT现象在量子信息、量子计算及光量子信息存储等方面有着重要应用而备受人们关注。EIT现象是指在外加耦合场的作用下,探测光经过原子介质而不被吸收的物理现象。其相关效应如无反转激光,粒子数相干捕获,电磁诱导吸收,巨非线性光学,“慢”光现象,和光信息存储等也成为人们研究的热点。特别地,基于EIT现象的光量子信息存储在量子通讯中占有非常重要的作用。由于光的传播速度快和与其它物质较弱的相互作用,光子作为信息的理想载体。信息处理需要将快速传播的带有信息的光停下来,这就需要光的停止和信息存储。另一方面,光场压缩性是光的一种纯量子特性。它在量子通讯(如量子隐形传输)等方面有重要的应用。这方面的研究是利用全量子理论EIT,该理论可用暗态极化子(DSP)得到完美的诠释。本文将利用暗态极化子(DSP)理论讨论光信息的存储和光场的压缩性在原子中的存储和恢复。同时,研究了当压缩光作为探测光时,微扰场对慢光压缩性的相干调制。本论文研究的主要内容如下:
第二章,简介EIT现象的基本原理及发展历史,以及EIT效应的应用和研究现状。
第二章,详细介绍了讨论光与物质相互作用所采用的两种理论:半经典理论和全量子理论。同时,采用暗态方法对EIT现象进行物理解释。
第三章,详细介绍了暗态极化子理论,并解释如何利用暗态极化子描述量子信息在原子介质中的存储。
第四章,我们采用了一个五能级M型原子模型。在这个五能级原子模型中,我们研究了两束量子探测光场和两个经典控制场与该原子系统的相互作用。并利用得到的暗态极化子,讨论了两束探测光信息在两个独立量子通道中的存储和释放。特别是在恢复探测光信息的过程中,通过绝热的调节控制场可以按需要恢复探测场的信息。这对量子信息处理和量子通信领域都有着潜在的应用。
第五章,详细研究了采用两束相干微扰场对通过六能级三脚架型原子系统的光场压缩谱的调制。基于此六能级系统,讨论了单束和双束微扰场对压缩光吸收谱和压缩谱的相干调制。在共振的情况下,利用该原子系统可以实现压缩光单重和三重电磁诱导透明。在非共振情况下,则可以实现压缩光双重甚至四重透明。通过分析探测光的输出压缩谱发现,吸收峰间的宽度及出现压缩最大值的位置由微扰场的强度决定。此外,我们还考虑基态退相干对探测光的压缩性的影响,发现即使存在基态退相干,最大压缩在透明点处还能够保持。