前沿講座量子干涉與相干

前沿講座量子干涉與相干第1頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四ClassicalInterferenceandCoherence單色光源反射鏡反射鏡補(bǔ)償板分光板移動(dòng)導(dǎo)軌MichelsonInterferometer(Temporalcoherence)YoungInterferometer(Spatialcoherence)Lightiswave-like.第2頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四QuantumInterferenceandCoherenceThecorpuscularpropertiesoflightDirac"Eachphotoninterefeceonlywithitself.Interferecebetweendifferentphotonsneveroccurs."

×Thesystemofthetwoslitsandaphotonisasingle

quantumsystem.Interferencewaspredictedandobservedbetweenindependentlightbeams.Thephotonisonasuperpositionstate.Interferencewasalsoobservedwithmanykindsofmaterialparticals,suchaselectons,neutronsandatoms.第3頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四IntroductionLaser:LightAmplificationforStimulatedEmissionofRadiationProperties：方向性好、單色性好、相干性高、亮度高……LaserTechnology：Ultrashort&ultra-intense主要是指激光器本身技術(shù)的發(fā)展，激光的強(qiáng)度及激光脈沖的寬度。LaserPhysics：TheinteractionoflaserswithmattersLaserSpectroscopy、NonlinearOptics、PhysicsofLaserPlasma、QuantumOptics……

第4頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

-量子電子學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)工作導(dǎo)致基于MASER和LASER原理的振蕩器和放大器的制成CharlesHardTownesUSA1915-NicolayGennadiyevichBasov

USSR1922-AleksandrMikhailovichProkhorov

USSR1916

-

TheNobelPrizeinPhysics1964forfundamentalworkinthefieldofquantumelectronics,whichhasledtotheconstructionofoscillatorsandamplifiersbasedonthemaser-laserprincipleTheNobelPrizeforPhysicsin1964isgivenfortheinventionofthemaserandthelaser.“Maser”,standsfor“microwaveamplificationbystimulatedemissionofradiation”,andtheword“l(fā)aser”isobtainedbyreplacing“microwave”by“l(fā)ight”.第5頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四TheNobelPrizeinPhysics1981

fortheircontributiontothedevelopmentoflaserspectroscopyNicolaasBloembergenUSA

1920-ArthurLeonardSchawlow

USA1921-1999

forhiscontributiontothedevelopmentofhigh-resolutionelectronspectroscopyKaiM.Siegbahn

Sweden1918-

fordevelopmentoflaserspectroscopyandhigh-resolutionelectronspectroscopy第6頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四TheNobelPrizeinPhysics1997

StevenChuUSA1948-ClaudeCohen-Tannoudji

France1933-WilliamD.PhillipsUSA1948-Thisyear'sNobellaureatesinphysicshavedevelopedmethodsofcoolingandrappingatomsbyusinglaserlight.Theirresearchishelpingustostudyfundamentalphenomenaandmeasureimportantphysicalquantitieswithunprecedentedprecision.fordevelopmentstocoolandtrapatomswithlaserlighthavedevelopedmethodsofusinglaserlighttocoolgasestotheμKtemperaturerangeandkeepingthechilledatomsfloatingorcapturedindifferentkindsof"atomtraps".第7頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四TheNobelPrizeinPhysics2001"fortheachievementofBose-Einsteincondensationindilutegasesofalkaliatoms,andforearlyfundamentalstudiesofthepropertiesofthecondensates"

EricA.CornellUSA1961-

WolfgangKetterleGermany1957-CarlE.WiemanUSA1951-

第8頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四TheNobelPrizeinPhysics2005Forhiscontributiontothequantumtheoryofopticalcoherence;Fortheircontributionstoprecisionspectroscopy第9頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第10頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四TheNobelPrizeinPhysics2012"forground-breakingexperimentalmethodsthatenablemeasuringandmanipulationofindividualquantumsystems"SergeHarocheCollègedeFrance,Paris,FranceDavidJ.WinelandUniversityofColorado,Boulder,CO,USA第11頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四量子干涉或者原子相干的產(chǎn)生：通過(guò)相干場(chǎng)or非相干過(guò)程Control（控制）：指通過(guò)特定的手段或技術(shù)來(lái)控制某一行為或過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)人們所需要的目標(biāo)狀態(tài)。社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域：社會(huì)的秩序、正常發(fā)展及穩(wěn)定等等均離不開(kāi)國(guó)家機(jī)器的控制；自然科學(xué)領(lǐng)域：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種控制技術(shù)已經(jīng)滲透到我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)角落。ThephenomenonofQuantumInterferenceandCoherence第12頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四利用相干激光場(chǎng)激發(fā)原子、分子等量子體系的相干，通過(guò)特定的激光脈沖來(lái)控制系統(tǒng)的相互作用過(guò)程，來(lái)實(shí)現(xiàn)人們所需要的目的狀態(tài)。相干控制的設(shè)想最早是在化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域提出的，目的是控制化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，獲得需要的產(chǎn)物。隨著脈沖整形和壓縮技術(shù)的發(fā)展和提高，相干量子操控技術(shù)將會(huì)促進(jìn)光物理、光化學(xué)、生物光學(xué)、量子信息科學(xué)以及阿秒科學(xué)技術(shù)等許多交叉或新興學(xué)科的共同發(fā)展。QuantumCoherentcontrol結(jié)構(gòu)調(diào)控：利用材料的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行調(diào)控，比如原子、分子及半導(dǎo)體納米微結(jié)構(gòu)等；外場(chǎng)調(diào)控：振幅、相位、啁啾及形狀等。量子調(diào)控的途徑：第13頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四化學(xué)生物學(xué)信息學(xué)經(jīng)典光學(xué)上世紀(jì)60年代激光的誕生……基礎(chǔ)激光的應(yīng)用非線性光學(xué)、量子光學(xué)物理學(xué)光與物質(zhì)的相干相互作用第14頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四15經(jīng)典理論：光場(chǎng)用經(jīng)典麥克斯韋方程描述，物質(zhì)看成服從經(jīng)典牛頓力學(xué)的大量粒子的系綜；半經(jīng)典理論:光場(chǎng)行為仍然用麥克斯韋方程描述，量子力學(xué)來(lái)描述物質(zhì)體系，即用算符，波函數(shù)，幾率幅等概念和相應(yīng)的理論；全量子理論：電磁場(chǎng)和原子都是量子化的。

在不涉及到光子的量子行為，如自發(fā)輻射、光子計(jì)數(shù)等時(shí)，半經(jīng)典理論便足以解釋光與物質(zhì)相互作用過(guò)程中的各種現(xiàn)象。但是當(dāng)涉及光子的量子行為時(shí)，就必須采用全量子理論來(lái)處理光與物質(zhì)的相互作用。光與物質(zhì)的相互作用第15頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.CoherentPopulationTrapping不管是在傳統(tǒng)的態(tài)-態(tài)碰撞動(dòng)力學(xué)、同位素分離、激光控制化學(xué)反應(yīng)研究，還是在當(dāng)前的原子光學(xué)或量子信息科學(xué)中，都要求原子或分子制備在特定的態(tài)上。我們這里最感興趣的是特定態(tài)上隨時(shí)間變化的布居數(shù)。由于在量子信息方面不斷增長(zhǎng)的興趣，如何建立和操縱特定的相干量子疊加態(tài)也日益為人們所關(guān)心。更為普遍的原子或分子系綜的特征則體現(xiàn)在隨時(shí)間變化的態(tài)矢量中。相干量子態(tài)的轉(zhuǎn)移及其相干疊加態(tài)的制備，對(duì)系統(tǒng)的光學(xué)相應(yīng)有著本質(zhì)的改變：激光誘導(dǎo)的（類）原子態(tài)的相干性，導(dǎo)致了不同激發(fā)通道間的量子干涉效應(yīng)，從而改變了系統(tǒng)的光學(xué)特性。有選擇地進(jìn)行布居轉(zhuǎn)移的系列方案，比如采用直接相干激發(fā)、啁啾脈沖激發(fā)、利用受激拉曼絕熱跟隨技術(shù)等等，為相干控制原子分子動(dòng)力學(xué)過(guò)程開(kāi)辟了新的途徑。

第16頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在一定條件下，所有的粒子都被捕獲在基態(tài)|1>和|2>的疊加態(tài)上；由于激發(fā)態(tài)上沒(méi)有粒子，介質(zhì)對(duì)光場(chǎng)沒(méi)有吸收，也就沒(méi)有熒光可被探測(cè)；此疊加態(tài)定義為暗態(tài)。相干布居捕獲有一個(gè)重要的應(yīng)用——實(shí)現(xiàn)絕熱布居遷移。(E.Arimondo,ProgressinOptics,VolXXXV,257(1996))

DarkState（暗態(tài)）第17頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

StimulatedRamanAdiabaticPassage反序脈沖對(duì)[Bergmannk,etal,Rev.Mod.Phys.70,1003(1998)]第18頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四單原子腔量子電動(dòng)力學(xué)：考慮如圖所示的三能級(jí)原子－腔相互作用示意圖以{|a,n+1>,|b,n>,|c,n>}為基矢，由系統(tǒng)哈密頓量可得該原子－腔相互作用系統(tǒng)存在一暗態(tài)：人們感興趣的是n=1態(tài)。如果初始原子處于|c,0>態(tài)，經(jīng)過(guò)受激絕熱跟隨技術(shù)后，可使暗態(tài)絕熱地變?yōu)閨a,1>.因此，利用絕熱跟隨技術(shù)可實(shí)現(xiàn)單光子態(tài)的產(chǎn)生。并且已在試驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)（Hennrich，etal,PRL85,4872(2000)）

受激拉曼絕熱技術(shù)在量子光學(xué)中的應(yīng)用第19頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四同時(shí)，人們還在量子阱結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了很多在原子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了的量子相干與干涉現(xiàn)象，如絕熱布局轉(zhuǎn)移、慢光、超快全光開(kāi)關(guān)等?；诹孔狱c(diǎn)帶間躍遷的絕熱布局轉(zhuǎn)移：Appl.Phys.Lett.77,1864(2000)byHohenesteretal.第20頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

NuclearcoherentpopulationtransferwithX-raylaserpulsesPhysicsLettersB705(2011)134–138第21頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.ElectromagneticallyInducedTransparency電磁感應(yīng)透明（ElectromagneticallyInducedTransparency，EIT）是Harris等人首先于1990年提出來(lái)的。當(dāng)探測(cè)光與躍遷能級(jí)共振時(shí)，介質(zhì)對(duì)探測(cè)光有很強(qiáng)的共振吸收（洛侖茲型）。強(qiáng)烈的共振吸收共振時(shí)沒(méi)有吸收二能級(jí)系統(tǒng)三能級(jí)系統(tǒng)吸收與色散吸收與色散EIT電磁感應(yīng)透明是指通過(guò)外加控制場(chǎng)與吸收介質(zhì)相互作用，使得介質(zhì)對(duì)探測(cè)場(chǎng)的吸收發(fā)生改變，透射率增加甚至完全透明。第22頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四典型的三能級(jí)Λ型原子系統(tǒng)EIT因其在光速減慢，量子信息存儲(chǔ)與釋放、光學(xué)原子鐘以及實(shí)現(xiàn)高效非線性相互作用過(guò)程等方面的應(yīng)用而受到人們的關(guān)注。被著名光學(xué)專家沈元壤教授稱為新世紀(jì)光學(xué)界兩大熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。

以典型的三能級(jí)Λ型原子系統(tǒng)為例，當(dāng)一個(gè)弱的探測(cè)場(chǎng)和一個(gè)強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)與該系統(tǒng)共同作用，在雙光子共振條件下兩條躍遷途徑的干涉相消導(dǎo)致原本不透明的介質(zhì)表現(xiàn)出了透明特性，介質(zhì)對(duì)探測(cè)場(chǎng)既不吸收也不色散，同時(shí)介質(zhì)的折射率性質(zhì)也發(fā)生了顯著變化，這就是所謂的電磁感應(yīng)透明現(xiàn)象。第23頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四EIT的實(shí)驗(yàn)觀察Boller,Imamoglu,andHarris,Phys.Rev.Lett.66,2593(1991)第24頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Phys.Rev.Lett.67,3062(1991)第25頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

光在真空中的傳播速度是c，在介質(zhì)中的傳播速度為v=c/n(n為常數(shù)，介質(zhì)的折射率）；由于一般介質(zhì)的折射率n不可能太大，因而光在介質(zhì)的傳播速度是非常大的?，F(xiàn)在人們利用電磁感應(yīng)透明原理可以實(shí)現(xiàn)光速減慢甚至停止。波包的峰值傳播速度叫群速度，以表示。定義群速度

群速度和線性極化率的關(guān)系為：

群速度與χ實(shí)部的一階導(dǎo)數(shù)直接有關(guān)，在色散曲線圖上表現(xiàn)為EIT窗口位置的斜率。斜率越大，群速度就越慢。折射率和線性極化率關(guān)系為：(3-2)(3-3)(3-1)

Subluminal(慢光速)withEIT第26頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

在共振條件下，可實(shí)現(xiàn)探測(cè)光在傳播過(guò)程處于電磁感應(yīng)透明狀態(tài)；在透明區(qū)域，存在非常陡峭的折射率變化。在此條件下，光在介質(zhì)中的傳播速度可表示為：LightSlowDown從上式可以看出，當(dāng)dn/dω非常大時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)光速減慢，實(shí)驗(yàn)上已實(shí)現(xiàn)每秒十幾米（L.V.Lau,Nature397,594(1999)）。Harris,etal.,PRL64,1107(1990)

第27頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四控制場(chǎng)的加入不僅可以改變和調(diào)控雙光子共振區(qū)介質(zhì)對(duì)探測(cè)光脈沖的吸收特性（如左上圖），還可以改變和調(diào)控介質(zhì)的色散性質(zhì)（如左下圖）。從圖中可以明顯看出，在雙光子共振區(qū)域，控制場(chǎng)的加入使得介質(zhì)由反常色散變?yōu)檎Ｉⅰ４藭r(shí)探測(cè)光脈沖在介質(zhì)中傳播的群速度由下式給出（為了方便，這里已將探測(cè)場(chǎng)量子化）：上式表明，由于透明窗口內(nèi)色散曲線異常陡峭，探測(cè)光脈沖在介質(zhì)中將以慢光速傳輸。甚至在特定條件下可以將群速度降為0，即將探測(cè)光脈沖存儲(chǔ)在介質(zhì)中。第28頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

Harris率先提出基于EIT的慢光思想[PRA46,R29(1992)]肖敏小組在Rb中將探測(cè)光脈沖的群速度減慢到c/13.2[PRL74,666(1995)]Harris小組在10cm長(zhǎng)的Pb蒸汽室觀察到群速度為c/165的慢光現(xiàn)象[PRL74,2447(1995)]Schmidt進(jìn)一步將群速度降低至c/3000[PRA53,R27(1996)]Hau在玻色-愛(ài)因斯坦凝聚的超冷鈉原子中將群速度降低至17m/s[Nature397,594(1999)]Kash在360K的Rb原子蒸汽中觀測(cè)到超慢群速度(90m/s)[PRL82,5299(1999)]Budker,室溫Rb蒸汽，8m/s[PRL83,1767(1999)]Turukhin，摻Pr的Y2SiO5，45m/s[PRL88,023602(2002)]Biglow，室溫紅寶石晶體，57.5m/s[PRL90,113903(2003)]Fleischhauer給出慢光的理論解釋：暗態(tài)極化子[PRL84,5094(2002);PRA65,022314(2002)]

Subluminal,TrappedLightand

Superluminal第29頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四實(shí)驗(yàn)上里程碑的工作：17m/sHau

etal.,Nature397,594(1999)第30頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四TrappingandManipulatingPhotonStatesWhenalightpulseentersthemedium,itexhibitsaspatialcompression,whilephotonsareconvertedintoatomic(spin)excitation.Theslowphotonicandspinwavesthenpropagatetogether.Thelosslesspropagationislimitedbythespreadingofthepulsesduetothenarrowbandwidthofthetransparencywindow.SpectrumoftransmissionandrefractiveindexcorrespondingtoEIT.M.D.Lukin,Rev.Mod.Phys.75,457(2003).第31頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四如果通過(guò)控制控制場(chǎng)的強(qiáng)度使得混合角從0變到π/2，群速度就從光速c變到0。在這種情況下，暗態(tài)極化子就由純光子演變?yōu)榧冊(cè)?，光脈沖就停止，其能量以原子拉曼相干的形式存儲(chǔ)于介質(zhì)中，即實(shí)現(xiàn)光存儲(chǔ)。把混合角還回到0時(shí)，暗態(tài)極化子就由純?cè)幼優(yōu)榧児庾?，存?chǔ)在介質(zhì)中的能量返還給光脈沖，即實(shí)現(xiàn)光釋放。

StorageandReleaseofQuantumInformationM.Fleischhauer,andM.D.Lukin,Phys.Rev.Lett.84,5094(2002).Dark-statepolaritons第32頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四將光脈沖的群速度降低，甚至實(shí)現(xiàn)光停止時(shí)基于EIT窗口內(nèi)的正常色散，利用反常色散則可實(shí)現(xiàn)超光速。右圖是王力軍在銫原子中利用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)在兩個(gè)靠得比較近的增益峰之間的反常色散，觀測(cè)到超光速。發(fā)現(xiàn)光脈沖的群速度可以超過(guò)c，甚至能夠變?yōu)樨?fù)值，而且實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的群速度折射率為。WangL.J.,etal.,Nature406,277(2000).

Superluminal第33頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四SuperluminalPropagationinOpticalFibersLiangZhang,LiZhan,KaiQian,JinmeiLiu,QishunShen,XiaoHu,andShouyuLuo,Phys.Rev.Lett.107,093903(2011).第34頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四通過(guò)求解有效質(zhì)量Schrodinger方程可知，該結(jié)構(gòu)導(dǎo)帶有三個(gè)分立能級(jí)：左邊阱的基態(tài)2，右邊阱的基態(tài)1和第一激發(fā)態(tài)3。加入控制場(chǎng)和探測(cè)場(chǎng)分別耦合相應(yīng)子帶躍遷，該結(jié)構(gòu)可視為典型的實(shí)現(xiàn)電磁感應(yīng)透明的Λ型能級(jí)結(jié)構(gòu)，理論計(jì)算表示有明顯的A-T分裂峰。

EITinQuantumNanostructures第35頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四基于帶間躍遷以及子帶間躍遷進(jìn)行了很多電磁感應(yīng)透明的實(shí)驗(yàn)觀察。如Phillips等人在GaAs量子阱中利用庫(kù)侖相互作用誘導(dǎo)的兩個(gè)自旋相反激子之間的相干觀察到電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象Phys.Rev.Lett.89,186401(2002)byPhillipsetal.第36頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

EITinQuantumNanostructuresNature390,589(1997)byFaistetal.下圖所示量子阱結(jié)構(gòu)不僅可以導(dǎo)致透明，還可以通過(guò)將連續(xù)態(tài)制備在不同的位置控制干涉增強(qiáng)或者干涉相消第37頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1ps雙量子阱結(jié)構(gòu)中基于Fano干涉的超快全光開(kāi)關(guān)：Phys.Rev.Lett.95,057402(2005)byWuetal.第38頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

EITwithresonantnucleiinacavityNature482,199(2012)byRoehlsbergeretal.第39頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Thequadraticelectro-opticeffect（二次光電效應(yīng)）,isachangeintherefractiveindexofamaterialinresponsetoanappliedelectricfield.Theinducedindexchangeisdirectlyproportionaltothesquareoftheelectricfield.TheKerrelectro-opticeffecTheopticalKerreffectt:self-focusing,self-phasemodulationandmodulationalinstability利用自相位調(diào)制平衡群速度色散或光束的衍射效應(yīng)產(chǎn)生時(shí)間和空間光孤子交叉相位調(diào)制獲得π的非線性相移，實(shí)現(xiàn)量子過(guò)程的非破壞測(cè)量、全光開(kāi)關(guān)如果能夠在單光子水平實(shí)現(xiàn)π相移，則不僅可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)單光子全光開(kāi)關(guān)，量子相位門(mén)，還可以實(shí)現(xiàn)雙比特量子邏輯門(mén)。Applications:3.KerrnonlinearityEffect

（克爾非線性效應(yīng)）第40頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Phys.Rew.Lett.,87,073601(2001);J.Mod.Opt.49,335(2002)由于基態(tài)|1>和亞穩(wěn)態(tài)|3>之間的原子相干，對(duì)比二能級(jí)原子系統(tǒng)，在共振位置附近克爾非線性系數(shù)得到了極大的提高。

TheEnhancementofKerrnonlinearitywithEIT第41頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四原子的精確位置測(cè)量一直以來(lái)都是大家都比較感興趣的問(wèn)題，它在很多方面有重要的應(yīng)用，比如說(shuō)激光冷卻（lasercooling），玻色愛(ài)因斯坦凝聚（Bose-Einsteincondensation）和原子平版印刷術(shù)（atomlithography）等。人們通常采用原子與駐波光場(chǎng)相互作用的方案，如何用駐波光場(chǎng)去實(shí)現(xiàn)對(duì)單原子的局域化呢？一直以來(lái)人們非常關(guān)注，而且提出了很多可行性方案:比如在實(shí)驗(yàn)上當(dāng)運(yùn)動(dòng)原子通過(guò)駐波場(chǎng)后，通過(guò)測(cè)量駐波場(chǎng)的相移或者原子偶極矩（atomdipole）的相移來(lái)間接獲得原子的位置信息。M.S.Zubairy等人提出了用Ramsey干涉儀實(shí)現(xiàn)原子局域化的方案，他們研究發(fā)現(xiàn)利用相干態(tài)腔場(chǎng)在獲取原子精確位置信息方面要比采用經(jīng)典光場(chǎng)具有更高的分辨率。再者，比如利用帶有原子共振頻率的隨空間變化的原子勢(shì)與原子位置信息的關(guān)聯(lián)測(cè)定原子的位置。4.AtomLocalization第42頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Paspalakis,P.L.Knight

etal.,Phys.Rev.A63,065802(2001)

Localizinganatomviaquantuminterference第43頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5.PropagationofUltrashortLaserPulses慢變振幅近似與旋轉(zhuǎn)波近似下的Maxwell-Bloch方程光與二能級(jí)原子作用的模型第44頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四[S.L.McCallandE.L.Hahn,Phys.Rev.,1969,183,457]

AreaTheorem（面積定理）第45頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四當(dāng)形狀為雙曲正割

、面積為2的激光脈沖通過(guò)共振吸收的二能級(jí)介質(zhì)時(shí)，脈沖形狀及能量均不發(fā)生變化，介質(zhì)好像是透明的。這種現(xiàn)象就稱為自感應(yīng)透明(Self-InducedTransparency），記為SIT。脈沖的展寬與壓縮2脈沖自感應(yīng)透明脈沖的分裂

AreaTheorem（面積定理）[S.L.McCallandE.L.Hahn,Phys.Rev.,1969,183,457]第46頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四周期量級(jí)激光脈沖的電場(chǎng)可以表示為：E(t)=E0(t)sin(ωt+φ)其中，E0(t)表示電場(chǎng)的振幅，φ表示載波包絡(luò)相位（CarrierEnvelopePhase，簡(jiǎn)稱CEP，也叫做絕對(duì)相位，

absolutephase）。從公式可以看出，CEP的變化導(dǎo)致周期量級(jí)激光脈沖電場(chǎng)的強(qiáng)度時(shí)間上發(fā)生顯著變化，因此，一切受電場(chǎng)誘導(dǎo)的物理過(guò)程都依賴于CEP的取值。Paulusetal.,Nature414,182（2001）

Few-cycleLaserPulse第47頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四周期量級(jí)激光脈沖的電場(chǎng)隨時(shí)間的變化依賴于初始位相:(a)0;(b)0.5;(c)

。(a)、(c)中電場(chǎng)的最大值指向相反的方向，而(b)中兩個(gè)方向的電場(chǎng)最大值相同。這為微觀電子波包的宏觀操控提供了一個(gè)強(qiáng)有力的有效手段。Paulusetal.,Nature414,182（2001）

Few-cycleLaserPulse第48頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四當(dāng)激光脈沖的脈寬接近周期量級(jí)時(shí)，旋轉(zhuǎn)波近似和慢變振幅近似失效！Ziolkowskietal,PRA52,3082(1995)Hughes,PRL81,3363(1998)Kalosha,Herrmann,PRL83,544(1999)Muckeetal,PRL87,057401(2001)

ThepropagationofFew-cycleLaserPulse第49頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四周期量級(jí)超短激光脈沖與二能級(jí)介質(zhì)相互作用可以用全波Maxwell-Bloch方程來(lái)描述（不考慮旋轉(zhuǎn)波近似和慢變振幅近似）(1)

ThefullwaveMaxwell-BlochEquation第50頁(yè)，共59頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Ziolkowski

etal.,Phys.Rev.A52,3082(1995)2π超快脈沖在二能級(jí)原子系統(tǒng)中自感應(yīng)透明傳播；二能級(jí)介質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)一次完整的Rabi振蕩；電場(chǎng)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)項(xiàng)對(duì)介質(zhì)的響應(yīng)有本質(zhì)影響。(a)2π脈沖的傳播(b)電場(chǎng)和布局反轉(zhuǎn)

Theinte