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主动拉曼增益机制下多普勒效应导致的增益光谱压窄与放大及增强型快慢光

主动拉曼增益机制下多普勒效应导致的增益光谱压窄与放大及增强型...

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作者：张理达吉林大学

学位级别：硕士

自发现光的多普勒效应以来,人们一直认为多普勒效应将使得光谱展宽并减弱谱线强度,从而降低了光谱分辨率。尽管后来又发展了许多手段,譬如利用非线性饱和光谱学技术消除多普勒效应的影响,但这些方法理论上也只能将光谱分辨率提高到自然... 详细信息

自发现光的多普勒效应以来,人们一直认为多普勒效应将使得光谱展宽并减弱谱线强度,从而降低了光谱分辨率。尽管后来又发展了许多手段,譬如利用非线性饱和光谱学技术消除多普勒效应的影响,但这些方法理论上也只能将光谱分辨率提高到自然线宽的极限。本论文根据光与物质相互作用的半经典理论,在理论上实现了室温时由多普勒效应导致的增益光谱压窄和放大,并利用增强的快慢光效应给予了证明。首先,我们研究了四能级N模型冷原子系综中关于探测场的色散和吸收谱线,发现随着控制场强度的增大,谱线上的单增益峰将劈裂为对称双增益峰结构,增益峰的幅度由拉曼场的强度决定,并应用缀饰态理论给出了合理的解释。当考虑多普勒效应后,在拉曼场、探测场和控制场同向传播时,同等条件下与冷原子中的结果相比,我们发现室温时探测场的增益谱线被压窄和放大,随着控制场强度的增大,增益谱线由被压窄和放大的单增益峰转变为被急剧压窄和放大的不对称双增益峰结构,并且增益峰的强度也可由拉曼场强度来控制。在我们得到的最好结果中,室温下不对称双增益峰结构中高峰的线宽被压窄到0.005?,即线宽被压窄了200倍,同时强度被放大了157倍。我们同样在缀饰态理论中解释了上述新颖现象产生的物理本质:即由于原子的不同速度一方面引起了缀饰态的能级移动,另一方面又对两个双光子拉曼共振过程跃迁振幅进行调制,从而导致了上述结果。而谱线中双增益峰的不对称性则源于速率相同而方向不同的原子群对谱线的贡献大小不同。另外,在拉曼场,探测场和控制场同向设置的条件下,我们数值模拟了高斯型探测光脉冲在冷原子介质及室温热原子介质中的传播过程,在上述模型中实现了超快光和超慢光之间的转换,并在热原子介质中得到了增强的快慢光效应,这也进一步证实了多普勒效应导致增益谱线压窄和放大的结论的正确性。

关键词：多普勒效应谱线压窄与放大主动拉曼增益快慢光 N模型

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