文档介绍：华东师范大学
博士学位论文
相干原子介质中弱光非线性光学效应的研究
姓名:李慧军
申请学位级别:博士
专业:理论物理
指导教师:黄国翔
20080401
摘要自从激光发明以来,非线性光学的研究引起了人们的极大关注并得到了十分广泛的应用。该方面的研究加深了人们对光与物质相互作用特性的认识,大大拓展了传统光学的研究范围。利用非线性光学效应可得到新的相干光源,解决光物理和光技术中的许多问题;利用非线性光学效应和激光技术可对物质的微观结构和动力学进行深入的探索;另外,非线性光学的研究在量子计算与量子信息科学方面也有极其重要的应用。光与物质相互作用过程中出现的丰富多彩的非线性现象,是非线性物理学最为重要的研究内容之一。长期以来,为了得到较强的非线性光学效应,人们主要研究强激光场与介质的非共振相互作用,即强光非线性光学。在非线性光学发展的早期,人们就意识到在光场与介质发生共振的情况下,既使较弱的入射光强也能得到很大的非线性光学效应。但是由于共振介质对光场有强烈的吸收,人们一直认为利用共振介质实现强非线性光学过程是不现实的。近年来,电磁感应透明,简称的发现和深入研究为在共振介质中实现弱光条件下的强非线性光学效应慈豕夥窍咝怨庋打开了一个突破口。所谓抢猛饧涌刂乒獬∷盏嫉牧孔痈缮嫘вο舱窠橹识蕴讲夤獬〉奈铡3此之外,箍墒菇橹实姆窍咝怨庋Ъɑ氏灾銮浚蛊渖⑿灾什卮蟾谋洌从而导致很强的非线性光学效应并可使探测光场的群速度大为减慢。尽管近十多年来对光脉冲在逑抵械拇úビ行矶喑錾üぷ鳎ù蠖嗉性谟胫泄氐南咝怨庋вΨ面。近几年开始了低持谐夤伦拥热豕夥窍咝怨庋вΦ难芯浚ǘ訣介质的瞬态光学响应特性、超慢光孤子和孤子列的产生机制、多分量超慢光孤子、利用体系实现高效多波混频等还研究得较少或不够深入,有关的物理问题及其相关的理论还需进一步的探索和完善。本文利用导师研究小组近年来发展的共振非线性光学多重尺度理论和数值模拟方法对相干原子介质中弱光非线性光学效应的有关物理特性进行了深入的研究。我们首先探讨了如何在橹手欣玫髦撇晃榷ㄐ圆夤伦佑牍伦恿械奈侍猓唤幼叛芯了橹实乃蔡窍咝怨庋煊μ匦裕蝗缓笱芯苛薊介质中时间光孤子和空间光孤子的形成条件与传播特性;最后研究了如何利用匦栽诙嗄芗对犹逑抵惺迪指咝的四波混频。本文的工作主要包括以下几个方面:
中文摘要瓻体系中超慢光孤子的可能性已有许多理论预言。由于其稳定的传播特性和极低的产生功率,这样的光孤子在光信息处理和光学工程中有潜在的应用。但如何在实验上产生这样的孤子一直是人们十分关心的问题。我们研究了如何在三能级虴介质中利用探测光场的调制不稳定性产生超慢光孤子与孤子列的问题。从方程出发,利用多重尺度方法导出了描述探测光场包络的非线性匠獭Mü的D夥⑾郑嫉腗匠痰牡制不稳定区间可由非线性匠痰南凳范āT诟孟低持校跏既肷涞钠面波通过非线性效应可被调制为一列孤子或单个孤子。所得数值结果与直接由非线性匠谈龅南嘤峁辛讼晗副冉稀T谙质档南低巢问跫拢近似理论中的解析结果作为初始入射条件证明了在体系中确实可以通过探测光场的调制不稳定性产生一个或一列孤子。所得结果为在实验上产生慢光孤子提供了有益的理论指捎谄湎灾銮康腒窍咝孕вΓ珽效应可被用来制作低功率光学开关等低功率光学器件,其瞬态光学响应特性是值得深入研究的一个重要课题。我们研究了光场与橹氏嗷プ饔檬苯橹识怨獬〉南咝杂敕窍咝运彩毕煊μ匦浴4铀哪芗禢一型原子系统的密度矩阵方程出发,利用多重尺度法,考虑原子基态的损耗,计算了探测光场的瞬态线性与非线性极化率,给出了自相位调制与交叉相位调制效应导致的瞬态非线性极化率表达式。以前文献中给出的结果是直接从振幅方程出发,在基态无损耗近似下给出的。经比较后我们发现基态损耗对非线性极化率的贡献很大,一般是不能忽略的。因为我们发展的理论方法具有一般性,因而也适用于其它多能级体系瞬态光学响应特性的研究。瓻体系中的单分量光孤子已有了较多的研究,但多分量孤子也是一个有趣且重要的课题。我们研究了型四能级逑抵械牧椒至渴奔涔夤伦雍土分量空间光孤子的形成条件与传播特性。从猄方程出发,,从而它们可约化为两个耦合的非线性匠獭N颐欠直鹧芯苛说シ至俊⑺ǚ至康氖奔涔夤伦佑氲シ至俊⑺分量的空问光孤子的形成与传播特性。我们证明了产生这样的光孤子只需很低的入射功率。并通过数值模拟证明了在弱光条件下产生的时间、空间光孤子可在原子介质中稳定的传播,且碰撞后孤子仍保持原来的特性。捎诳梢韵灾銮拷橹实姆窍咝怨庋Ъɑ剩珽效应的一个非常重要的应用是导。Ⅱ
华东师范大学博士学位论文多波混频。我们提出了一种实验方案,既在六能级系统中利用вκ迪指咝У乃牟混频,用以产生短波长辐射。我们证明了利用体系的双暗态和多光子相消干