多能級(jí)相干系統(tǒng)的非線性特性研究

多能級(jí)相干系統(tǒng)的非線性特性研究光與原子相互作用是物理學(xué)研究的一個(gè)重要內(nèi)容。在量子光學(xué)中量子干涉(或相干)與非線性效應(yīng)具有極強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,利用多能級(jí)原子和光場(chǎng)的相互作用可以實(shí)現(xiàn)量子相干。電磁誘導(dǎo)透明是量子相干的典型體現(xiàn),具有高色散小吸收等優(yōu)點(diǎn),其高非線性特性尤其獲得關(guān)注。多能級(jí)(三能級(jí)及以上)原子系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)量子相干的物理基礎(chǔ),其能級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)量子干涉的產(chǎn)生至關(guān)重要,系統(tǒng)的衰變包括縱向弛豫和橫向弛豫,是影響量子相干的重要因素。本論文研究了三能級(jí)系統(tǒng)的量子相干以及由此導(dǎo)致的非線性和高階非線性特性,同時(shí)研究了Tripod型四能級(jí)相干系統(tǒng)的雙電磁誘導(dǎo)透明特性,詳細(xì)討論了雙電磁誘導(dǎo)透明之間相互作用對(duì)三階和五階非線性效應(yīng)的影響。具體內(nèi)容如下:1、研究了型、V型三能級(jí)系統(tǒng)的基本相干特性以及非線性響應(yīng)特性?；谕暾拿芏染仃嚪匠萄芯苛瞬煌鈱W(xué)條件下系統(tǒng)的相干特性。研究發(fā)現(xiàn),在型系統(tǒng)中,相同拉比頻率會(huì)導(dǎo)致相干布居數(shù)俘獲效應(yīng),其在探針光共振處形成暗態(tài);在一束強(qiáng)光和一束弱光激勵(lì)的情況下,原子會(huì)形成不依賴探針場(chǎng)失諧的寬頻帶暗態(tài),形成電磁誘導(dǎo)透明。型電磁誘導(dǎo)透明系統(tǒng)的量子相干很強(qiáng),其三階非線性和五階非線性均獲得增強(qiáng)。而在V型三能級(jí)系統(tǒng)中,量子相干被嚴(yán)重抑制,不會(huì)出現(xiàn)相干布居數(shù)俘獲,僅會(huì)形成微弱的電磁誘導(dǎo)透明,原因在于兩激發(fā)能級(jí)的自發(fā)輻射對(duì)量子相干造成嚴(yán)重破壞。我們針對(duì)V型電磁誘導(dǎo)透明系統(tǒng)中的三階和五階非線性效應(yīng)進(jìn)行了研究。研究表明,V型電磁誘導(dǎo)透明系統(tǒng)的非線性效應(yīng)包括自非線性和交叉非線性效應(yīng)均遠(yuǎn)小于型電磁誘導(dǎo)透明系統(tǒng)。2、研究了Tripod型四能級(jí)系統(tǒng)的基本相干特性?；谕暾拿芏染仃嚪匠萄芯苛瞬煌鈱W(xué)條件下系統(tǒng)的相干特性。調(diào)查了不同光學(xué)條件下,原子布居數(shù)分布以及與之關(guān)聯(lián)的電極化率特性。研究發(fā)現(xiàn),在三束光場(chǎng)具有相同拉比頻率的條件下會(huì)形成相干布居數(shù)俘獲,其在探針光的共振處會(huì)形成雙暗態(tài);當(dāng)一光場(chǎng)遠(yuǎn)小于其余兩者會(huì)得到雙電磁誘導(dǎo)透明,其在探針光的全頻段范圍內(nèi)形成雙暗態(tài),其中弱場(chǎng)成為雙電磁誘導(dǎo)透明的共用探針場(chǎng)。研究還表明,弱場(chǎng)對(duì)應(yīng)的電極化率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于強(qiáng)場(chǎng)的電極化率,因此介質(zhì)的線性和非線性響應(yīng)由前者體現(xiàn)。還研究了通過耦合光與信號(hào)光的雙光子失諧來實(shí)現(xiàn)雙電磁誘導(dǎo)透明相互作用的調(diào)節(jié)。3、研究了Tripod相干系統(tǒng)中雙電磁誘導(dǎo)透明的相互作用對(duì)三階和五階非線性特性的影響。我們通過調(diào)節(jié)耦合光和信號(hào)光之間的雙光子失諧控制雙電磁誘導(dǎo)透明之間的相互作用。研究表明,在重疊狀態(tài)及接近重疊狀態(tài),非線性響應(yīng)無論三階或五階均被抑制;在非重疊狀態(tài)下,兩非線性響應(yīng)均獲得加強(qiáng),此時(shí)雙光子失諧增長(zhǎng)對(duì)非線性效應(yīng)影響較大,其增長(zhǎng)的幅度較大。進(jìn)一步研究了耦合光場(chǎng)強(qiáng)度變化對(duì)雙電磁誘導(dǎo)透明相互作用的影響。研究發(fā)現(xiàn),在耦合光場(chǎng)增大的條件下,雙電磁誘導(dǎo)透明的相互作用加強(qiáng),導(dǎo)致三階和五階非線性效應(yīng)也獲得加強(qiáng)。研究還發(fā)現(xiàn),在特定的參數(shù)條件下非線性效應(yīng)會(huì)獲得一個(gè)極大提高。研究還發(fā)現(xiàn),交叉非線性效應(yīng)在Tripod相干系統(tǒng)中很強(qiáng)烈,