量子相干系统中涡旋超拉曼散射的研究

作     者：陈俊强 

作者单位：安徽大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王志平;俞本立

授予年度：2022年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：超拉曼散射 轨道角动量光 拉盖尔-高斯光 石墨烯 

摘      要：非线性光学是研究强激光如何与物质相互作用的学科,因此,各种激光、非线性光学材料以及非线性光学效应一直是该领域研究的三个重点方向。其中超拉曼散射是李荫远院士于1964年在理论上提出的一个概念,并且Terhune等人于1965年在实验上证明了超拉曼散射的存在。随着对光、光学介质材料和非线性效应的深入研究,人们不仅发现了携带轨道角动量的拉盖尔高斯光,还发现了红外激光场与处于强磁场中的石墨烯耦合可以产生效率较高的电磁诱导透明、四波混频和超拉曼散射等非线性光学效应。此外,超拉曼散射与其他非线性光学过程存在着竞争效应。这些对超拉曼散射的研究都没有涉及到外加光场和超拉曼场的空间特性。我们提出一种基于冷原子系统中电磁诱导透明的控制空间依赖的超拉曼散射的方案。通过调整不同的系统参数,可以有效地调制所产生的拉曼场的相位和强度。具体地说,我们证明了电磁诱导的透明性产生了量子干涉,从而大大提高了产生的拉曼场的效率。此外,我们还提出了一种在磁场作用下,通过单层石墨烯中的超拉曼散射来传输轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)光的方案。通过求解薛定谔-麦克斯韦方程,我们导出了稳态条件下线性磁化率和产生的拉曼电场的显式解析表达式。由于狄拉克点附近独特的电子性质和选择规则,我们发现在超拉曼散射过程中产生了相结构特别是从泵浦场到拉曼场的高保真转移。有趣的是,拉曼场的增强可以通过调整两个泵浦场的强度来实现。总之,因为我们的方案可以提高拉曼效率,所以这些工作在产生短波长相干辐射、频率转换和基于轨道角动量光的非线性光谱学等领域有着极大的研究和应用潜力。