光子晶体波导中慢光的-研究

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1、北京化工大学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：圣篁煎墨一日期：迦!：笪：12关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印

2、件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在土年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名：鱼邀益．日期：翻：笪：生导师签名：≤￡鲨堡叁日期：第一章绪论1．1慢光的概念及其发展历程近一个世纪以来，对光脉冲的传播特性的研究一直受到科学家们的广泛关注。研究者们发现在各种各样的材料体系中，光传播会呈现出非比寻常的性质：在一些材料中，光脉冲速度减慢，甚至到像被冻结一样，即出现

3、慢光，甚至超慢光【l】。慢光是指光脉冲的群速度小于真空中的光速c。单色平面波严格来说并不存在且无法传递信号，要实现信号传递，必须对波进行调制。因此，实际信号总是由不止一个频率的波所组成的波群。由傅立叶分析知，可将任何非单色光或光脉冲展开成为诸多不同频率的单色平面波的叠加。在色散介质中这些不同频率的单色平面波具有不同的相速度％((c))。因此在Sommerfeld和Brillouin[2】的有关光脉冲在色散介质中传播的权威论著中指出，脉冲传播应用群速度(波包的等振幅面移动的速度)vf-dro／dk=-c／ne来描述，这里ng三n+og

4、dn／dro称为群指数。由此可以看出，当dn／&o>O或dnJdro>O(正常色散)时，呸vp=c／n(vp为相速度)，即出现慢光【31。光的传播速度可以被减慢到只有几米每秒，很多实验室都已经实现了这样的慢光。将光冻结更长的时间，则是科学研究者的下一个目标。第一次在共振体系中探测到慢光时，光脉冲的形状几乎没有变，但是有强烈的共振吸收(105cm。)14]。随着光科学的发展，在上个世纪最后十几年，科学家发现了这样一种“位相相干”材料，它们可以由电磁导致的透明的特性，使得光脉冲在该材料中的吸收被大大减弱【54。71。由于该项技术的引入，

5、已经在10cm的Pb气体腔中实现了c／165的群速度【sj。到了1999年，群速度的值降到了米每秒级：L．VHau与合作者在450nK的低温下，利用电磁感应透明技术(EIT)，探测到光脉冲通过长为(229-a：3)!um的钠原子的玻色一爱因斯坦凝聚介质比经过同样长度的真空(空气)介质的参考光脉冲延迟(7．05士0．05),us，与此相应的光速为％=(32．5士0．5)m／s，并测出光脉冲群速与介质温度的关系，得出随温度的降低群速减小，耦合光光强越低，群速越小的结论。在介质温度为50nK、耦合光光强为12mW／cm2时，光脉冲群速减慢

6、到17m／s，比真空中的光速减慢近2"107倍【9】。D．Budkertlo】研究组甚至在室温下利用非线性磁光效应，在铷蒸气中将光速减慢至8m／s。2002年1月MIT的电子学研究实验室(RLE)报道了在固态的Pr掺杂的Y2Si05介质中光的超慢群速度。他们使用基态自旋相干共振脉冲激发所产生的吸收和色散的尖谱特征来减少群速度，光速在5K温度时可以减少到45m／s⋯】。2001年，Phys．Rev．Lett．连续两期刊发了光速为零的文章。一篇是o．Koeharovskaya等人【l2J的“StoppingLightviaHotAtom

7、s”，证明通过电磁感应透明技术，可以在相干驱动多普勒加宽原子介质中使光脉冲完全停下来。其基本原理是利用折射率的空间色散性质，即n与波数七有关，进而使其对群速的贡献是负的。这与其他的北京化工大学硕士学位论文利用折射率对时间(频率)的高色散性质实现超慢光速既有联系，又有区别。另一篇是D．F．Philips等人【13】的“StorageofLightinAtomicVapor'’。文中报道了如何使光脉冲减速并将其约束在铷原子蒸气中(约束时间己达0．5ms)。他们首先将光脉冲在空间压缩5个数量级，即将光脉冲群速度减为千米量级，然后通过控制光

8、速的加入和撤出，来控制信号光的停和走，就是光的存储和释放。这项存储光的技术关键是将光速减慢为零，致使光的相干激发能够嵌入铷蒸气的塞曼(自旋)相干态中。这种存储光的方法的最大特点是不破坏原来光脉冲的特征，使信号脉冲的相位和量子态得以保存