资源描述：
《系统介质的能级和跃迁图示》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第38卷第4期华中师范大学学报(自然科学版)Vol.38No.42004年12月JOURNALOFCENTRALCHINANORMALUNIVERSITY(Nat.Sci.)Dec.2004文章编号:100021190(2004)0420437204利用电磁诱导透明建立强Kerr非线性和光子开关的单光子失谐容限3徐 俊,胡响明(华中师范大学物理科学与技术学院,武汉430079)摘 要:在三能级介质中,产生电磁诱导透明的条件是双光子共振,对单光子失谐没有限制.本文得到的结果显示:将微扰引入电磁诱导透明产生强
2、非线性光学效应时,给单光子失谐带来明显限制.具体来说,当电磁诱导透明效应用于制备强Kerr非线性介质和设计光子开关时,单光子失谐量的取值范围应远小于耦合场和信号场的强度比与微扰跃迁的失谐量或衰减速率之积.关键词:电磁诱导透明;非共振跃迁;强Kerr非线性;光子开关中图分类号:O431.2文献标识码:A[1,2] 电磁诱导透明(Electromagneticallyin2利用半经典理论计算失谐量对吸收和色散的修正,ducedtransparency,简称EIT)因其巨大的应用前分析双光子共振条件下的单光子
3、失谐量对基于EIT[3,4]景受到了广泛的关注,如光群速变慢、光存的强Kerr效应和光子开关行为的作用.结果表明,[5,6][7,8][9,10]储、强Kerr效应、量子开关、频率上转换在具有微扰的EIT系统中,为了获得所期望的光学[11,12][13]四波混频、超拉曼散射等.EIT是原子相干相干效应,单光子失谐量的取值范围受到明显的限对光吸收的相消干涉所致.一个原理性的系统是三制.这个限制条件不但依赖耦合场和信号场的拉比能级系统,两个低能级属于基态,从激发态到两基态频率,而且依赖于附加跃迁的失谐量或者衰
4、减速率.的跃迁为电偶极跃迁.两个电偶极跃迁中,一个利用1模型与方程强相干场耦合作为耦合跃迁,另一个采用弱相干场探测作为探测跃迁.这样,在两个基态之间形成双向考虑如图1所示的四能级系统.能级û1〉和û2〉相干激发通道,从而导致吸收消失.建立EIT的条是原子的基态,能级û3〉和û4〉是原子的激发态,衰减件是双光子共振.只要满足双光子共振条件,无论单速率分别是C3和C4.频率为Xc、拉比频率为8c的耦光子跃迁是否共振,也无论单光子失谐量有多大,都合场作用于能级û2〉和能级û3〉之间,复振幅为Ep能获得EIT.这
5、对在具有精细能级结构的系统和频率为Xp的探测光场以拉比频率8p=2L31Epö¶[14,15][16]中和具有宽能带结构固体介质中获得EIT场耦合123跃迁,复振幅为Es和频率为Xs的信号光是有利的.场以拉比频率8s=2L42Esö¶场耦合224跃迁,其中对于严格的EIT,多级非线性都不存在.应用L31和L42分别是相应跃迁的偶极矩.在这个系统中,EIT时,必须应用透明点附近(透明窗内)的吸收色跃迁223和123构成EIT子系统,跃迁224是附加[3～6][7～13]散性质或者在EIT中引入微扰跃迁,后者
6、的微扰跃迁.系统的哈密顿为是获得强Kerr效应和光子开关的重要方式.一旦引¶H=¶DR33+¶$R44-8pR31+8cR32入微扰跃迁,这个微扰跃迁与EIT子系统就构成一2333+8sR42+8pR13+8cR23+8sR24,(1)个相互耦合的整体.其中各跃迁频率失谐量分别为D=X31-Xp,$=为了获得所需非线性效应,EIT子系统中单光X42-Xs.这里选择单光子非共振D≠0,但û1〉子失谐量是不是仍然不受限制呢?就我们所知,目前和û2〉能级之间仍为双光子共振.设系统的态矢为还没有报道明确回答这个问
7、题.本文对此进行研究,收稿日期:2004204205.基金项目:国家自然科学基金资助项目(60378008).作者简介:徐 俊(1981-),女,湖北潜江人,博士研究生,主要从事量子光学研究.3通讯联系人.©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.438华中师范大学学报(自然科学版)第38卷2单光子失谐对Kerr非线性和开关行为的限制从方程(10,11)可以看出,耦合场和信号场对22偶极矩的贡献同时依赖于û8cû$和û8s
8、ûD.尽管已经考虑条件û8cûmû8sû,û8pû,但如果失谐量D22足够大,û8sûD与û8cû$相比不能忽略.显然,足够大的失谐量D将产生显著的作用.下面探讨忽略D作用的条件.分别考虑系统的Kerr效应与开关2行为,计算保留到û8sûD的一阶.2.1强Kerr效应图1 系统介质的能级和跃迁图示介质对探测场的主要作用是相位调制,此过程产生相位调制的强度远比传统的双光子过程产生û7〉,各能级上的几率幅分别为b1,b2,b3和b
