光與二能級原子的相互作用

1、光與二能級原子的相互作用二能級原子與光場的相互作用是最基本的模型，如圖1為二能級原子與光場 的相互作用。圖1二能級原子與光場的相互作用如圖1所示，頻率為y的單模光場與二能級原子系統(tǒng)相互作用。不考慮外界 因素的影響，分析光場與原子相互作用。其中，|m；表示激發(fā)態(tài)，|n；表示基態(tài)， 原子在上下能態(tài)之間作簡諧振蕩，其中拉比頻率為Q，原子躍遷頻率為s，探測 光的失諧量為A = o -y，激發(fā)態(tài)到基態(tài)的自發(fā)輻射衰減率為，相干衰減率為 丫= +丫)/2，二能級的電偶極矩矩陣元為粉=e(m| n)。該系統(tǒng)的總哈密頓量由自由哈密頓H和光與原子相互作用的哈密頓H1。系統(tǒng)的總哈密頓量為H = H 0 + H1。H

2、 =力s |m-ml + 力們 |n/n|力力八 I IH = Qe-ivt m：n 。油 n:，：mi 2 211根據(jù)考慮耗散作用的密度矩陣方程：0=:H, pL1,p n 2p = -H p p H )1 EG p p)ijik kj kj kj 2 ik kj kj kj(3.1.2)(3.1.3)(3.1.4)利用可以得到:Pmm 一Em + 2辦 m 一 卯 Kn nn=pnn+E h 一 1Lm+Y)p+1 Qe -vt (p- p )p= Csmnmnnn mm(3.1.5)做慢變振幅近似有：pmn =p e -vp = pmm mmp = pnn nn. =-rpmmmm+1

3、Qp - L o* p2 nm 21 mn-iip =r + -o* -onnnn 2 mn 2 nmp =Ga-y) +1 o(p -p )(3.1.6)mnmn 2 nn mm由系統(tǒng)封閉條件:p +p = 1mm nn令方程左邊倒數(shù)部分為零，求解可得：)_ Q2y/2(y2 +A2mm r + Q2丫 /V2 + 您)、_+ 02丫/* 2 +Rnnr + Q 2y / V 2 +A2iro/2p = EHr41mn ly - iA)T + Q2” y 2 +& 刀(3.1.7)(3.1.8)X = X + 況=2 N粉mn方Q02mn(3.1.9)由極化強(qiáng)度關(guān)系:八1 J 1P = E

4、*%e-v + c.c.=粉 e-v + c.c.2 0nm mn由此得到探測光極化率的實(shí)部疽和虛部x ，它們分別表示色散和吸收N / mJ小)1-) 方 V 2 + A2 / nn mmJ % ml l )G -)(3.1.10) nY2 + A27 nn mm其中，令=1,=0，原子數(shù)密度為N，真空介電常數(shù)為，繪制出探nnmm0測光的吸收和色散隨其失諧量變化的曲線，如圖2所示。The probe detuning(A/y)圖2探測光的吸收和色散隨其失諧量變化，紅色虛線表示色散，藍(lán)色實(shí)線表示吸收。如圖2所示，可見在光與二能級原子處在共振狀態(tài)時，雖然有強(qiáng)烈的色散， 但同時也很大的吸收。在遠(yuǎn)離共振處時，吸收和色散都很小。在低損耗條件下， 實(shí)現(xiàn)近共振處的線性以及非線性光學(xué)效應(yīng)都是十分不利的。而EIT效應(yīng)卻可以有 效地降低介質(zhì)對光的吸收，同時增強(qiáng)色散，并應(yīng)