外加驅(qū)動(dòng)場(chǎng)與光子晶體對(duì)原子自發(fā)輻射的控制作用.pdf

1、原子的自發(fā)輻射是處于激發(fā)態(tài)的原子在無(wú)外來(lái)擾動(dòng)作用下自發(fā)的躍遷到低能級(jí)態(tài)并輻射出一個(gè)光子的過(guò)程,是量子光學(xué)領(lǐng)域研究的重要課題之一。不同原子產(chǎn)生的自發(fā)輻射光在頻率、相位、偏振方向及傳播方向上都有一定的任意性,是非相干的,因此如何有效的控制原子的自發(fā)輻射成為量子光學(xué)研究的熱點(diǎn)。自發(fā)輻射不僅依賴于原子本身的能級(jí)結(jié)構(gòu),同時(shí)還與原子所處的周?chē)h(huán)境相關(guān)。控制原子的自發(fā)輻射一般主要有兩種方法；一種是改變與原子耦合的環(huán)境,如與適當(dāng)?shù)膸?kù)耦合,位于光學(xué)腔中,

2、光子晶體中。光子晶體材料的態(tài)密度同自由真空?qǐng)鲇兄艽蟮牟煌?其獨(dú)特的態(tài)密度影響和改變量子干涉效應(yīng),同時(shí)為高精度測(cè)量,無(wú)反轉(zhuǎn)激光,量子計(jì)算和量子信息理論等提供了潛在的應(yīng)用價(jià)值。另外一種是利用外加驅(qū)動(dòng)場(chǎng)或多能級(jí)原子躍遷通道之間量子干涉來(lái)控制原子的自發(fā)輻射。
　　 本文主要討論了在自由真空中低頻微波場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的四能級(jí)原子系統(tǒng)自發(fā)輻射的相干控制和光子晶體對(duì)原子自發(fā)輻射行為的影響。
　　 在第二章里,我們討論了低頻微波場(chǎng)對(duì)四能級(jí)原子系

3、統(tǒng)自發(fā)輻射性質(zhì)的影響和原子各能級(jí)布居數(shù)隨時(shí)間的演化情況。該四能級(jí)原子被一個(gè)相干探測(cè)場(chǎng)、一個(gè)耦合激光場(chǎng)和一個(gè)低頻微波場(chǎng)驅(qū)動(dòng),其中兩個(gè)上能級(jí)由低頻微波場(chǎng)耦合。研究發(fā)現(xiàn),光譜的性質(zhì)主要依賴于微波場(chǎng)的位相和振幅,通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)低頻微波場(chǎng)的位相和振幅,可以得到不同的光譜特征,如譜線變窄,譜線增強(qiáng),譜線抑制,譜線的淬滅等。
　　 在第三章里,我們考慮了在光子晶體中外加兩個(gè)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)作用下的四能級(jí)原子的自發(fā)輻射行為,該系統(tǒng)包含一個(gè)上能級(jí)和三個(gè)下能級(jí)

4、,其中兩個(gè)下能級(jí)分別通過(guò)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)與上能級(jí)耦合,另一下能級(jí)通過(guò)光子晶體熱庫(kù)與上能級(jí)耦合。討論了在不同的初始條件下,光子晶體帶邊的相對(duì)位置和外加驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的失諧量對(duì)自發(fā)輻射譜的影響。研究結(jié)果表明,當(dāng)原子的躍遷頻率位于帶邊外時(shí),通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)膮?shù),可以控制黑線的產(chǎn)生和消失,然而當(dāng)原子的躍遷頻率位于光子晶體的禁帶中時(shí),原子的自發(fā)輻射受到強(qiáng)烈的抑制。由于驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的存在,通過(guò)調(diào)節(jié)其頻率失諧量,在原子的自發(fā)輻射譜中,我們發(fā)現(xiàn)一些有趣的現(xiàn)象,例如譜線變窄,

5、譜線增強(qiáng),譜線抑制等。
　　 在第四章里,我們討論了缺陷模對(duì)光子晶體中三能級(jí)原子自發(fā)輻射光譜性質(zhì)的影響。一上級(jí)通過(guò)真空熱庫(kù)與下能級(jí)耦合,另一上能級(jí)通過(guò)含缺陷的光子晶體熱庫(kù)與下能級(jí)耦合,研究結(jié)果表明,當(dāng)在光子晶體中引入缺陷模后,發(fā)現(xiàn)在原子的自發(fā)輻射光譜中產(chǎn)生新的透明窗口,當(dāng)撤去外加驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí),自發(fā)輻射光譜呈現(xiàn)Lorentz型,新的透明窗口的出現(xiàn)是由于缺陷模和外加驅(qū)動(dòng)場(chǎng)共同作用下的結(jié)果。另外通過(guò)改變?nèi)毕菽５南嚓P(guān)參數(shù)可以有效的控制原子自