第七章 电磁感应透明
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假设大多数原子处于基态, 假设大多数原子处于基态,即 a1 = 1 ,得到稳态解
a3 a2 = 2( iγ 12 )
* c
a3 =
p 2
( iγ 12 ) 2 ( iγ 13 )( iγ 12 ) c / 4
与二能级原子系统的吸收和色散求法一样, 与二能级原子系统的吸收和色散求法一样,联立原子复偶极矩 表达式
* P = N13 ρ 31 = N13a 3 a1
, P = ε 0 χ E = ε 0 χ ' + i χ '' E
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(
)
求得线性极化率的实部和虚部表达式分别为: 求得线性极化率的实部和虚部表达式分别为:
N 2 γ γ 2 / 4 χ = γ (γ + γ 13 ) + 12 13 c 12 12 2ε 0 Z
电磁感应透明
一.电磁感应透明的基本原理 二.无反转激光 三.无吸收折射率增强
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通过量子干涉效应,能使不透明的介质变为透明, 通过量子干涉效应,能使不透明的介质变为透明, 使介质对探测光(尤其重要的是对弱探测光) 使介质对探测光(尤其重要的是对弱探测光)的吸收几乎 为零, 为零,这就是通常所说的电磁诱导透明 (Electromagnetically Induced Transparency,简称 ,简称EIT). ). Imamoglu 和Harris最早在理论上提出 最早在理论上提出EIT,然后于 最早在理论上提出 , 1991年在实验上观察到这一现象.此后人们意识到,当共 年在实验上观察到这一现象.此后人们意识到, 年在实验上观察到这一现象 振吸收被消除时,非线性光学效应能得到增强, 振吸收被消除时,非线性光学效应能得到增强,也能使探 测光的性质得到更好的利用. 测光的性质得到更好的利用.下面我们将具体讨论电磁诱 导透明如何产生的. 导透明如何产生的.
2 2
, D =
p 1 + c 3
利用上述态矢的逆变换可把相互作用哈密顿改写为: 利用上述态矢的逆变换可把相互作用哈密顿改写为:
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H = σ 2B + σ B2 2
' I
(
)
由哈密顿的表达式看出, 与场作用, 由哈密顿的表达式看出,只有态 B 与场作用,此态 被称为亮态( ).而与亮态 被称为亮态(Bright state).而与亮态 B 对应的态 ). 没有参加作用.通过计算可以知道, 没有参加作用.通过计算可以知道,态 D 为系统相互 作用哈密顿量的本征态,对应的本征值为零, 作用哈密顿量的本征态,对应的本征值为零,我们称这 个态为暗态: 个态为暗态:
a 2 (0 ) = 1, a 3 (0 ) = a1 (0 ) = 0
那么几率幅的解可以求得: 那么几率幅的解可以求得:
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a 2 (t ) = cos(t / 2 ) * 1 R a 3 (t ) = i sin (t / 2 ) 2 2 , = R1 + R 2 * R2 a1 (t ) = i sin (t / 2 )
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|2> > R1 R2 |1> > |3> >
型原子, 图3:仍然考虑 : 型原子, 这里是共振的情况. 这里是共振的Байду номын сангаас况.
∧
几率幅的运动方程由前面给出. 几率幅的运动方程由前面给出.我们假定原子最初处于两 低能态,且这两能态之间存在一个固定相位. 低能态,且这两能态之间存在一个固定相位.
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从图2中可以看到, 从图 中可以看到,耦合场 中可以看到
和原子能级之间的衰减组
成了布居转移的两步通道.在耦合场作用下, 成了布居转移的两步通道.在耦合场作用下,能级
B 上
的布居经过能级 2 转移到能级 D 上.即布居被捕获在能 级
D 上.在这种情况下, 即使有光场的作用存在, 在这种情况下, 即使有光场的作用存在,
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二. 无反转激光
我们知道传统的产生激光的条件必须使原子的 布 居反转,使得辐射大于吸收.由EIT中,我们可以看 居反转,使得辐射大于吸收. 中 到当原子处于两较低能级的叠加态时, 到当原子处于两较低能级的叠加态时,会使介质的吸 收为0. 那么,当更多的原子布居处于较低能级时, 收为 那么,当更多的原子布居处于较低能级时, 是否会产生激光呢?答案是肯定的, 是否会产生激光呢?答案是肯定的,我们通过相干制 备原子就会实现无反转的激光. 备原子就会实现无反转的激光.
a 2 (t )
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2
t 4
2
2 R
[1 + cos(φ1 φ2 φ )]
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当吸收为0时 当吸收为 时(
a2 = 0
2
),即相位满足 ),即相位满足 (a3) )
φ1 φ2 φ = ±π
普通激光: 普通激光:
如果原子最初处于激发态
可以看到这正是产生相干布居捕获(暗态)的条件,如果 可以看到这正是产生相干布居捕获(暗态)的条件, 满足上述条件就可以实现无反转激光. 满足上述条件就可以实现无反转激光.
2 '
N 1 2 2 γ γ 2 / 4 χ = (γ 12 + γ 13 ) γ 12 12 13 c 2ε 0 Z
2 ''
2 γ γ 2 / 4 + 2 (γ + γ )2 Z = 12 13 c 12 13
N为原子数密度, 为偶极矩元素, 0 为真空中介电常数. 为原子数密度, 为偶极矩元素, 为真空中介电常数. 为原子数密度 ε
HI D = 0
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当系统满足双光子共振条件
c = p = H D = D
c ≈ p
时,暗态 之间偶极矩的贡
暗态是系统哈密顿量H的本征态: 暗态是系统哈密顿量 的本征态: 的本征态 当 c , p 取值达到平衡时,即 取值达到平衡时,
表达式中的两项对态 2 和暗态 D
可表示为: 可表示为:
则系统的态矢
Ψ = a1 1 + a 2 2 + a 3 3
系统的哈密顿量为
H = pσ 33 + p c σ 11 pσ 31 + *pσ 13 + cσ 32 + *σ 23 c 2
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(
)
(
)
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将态矢代入薛定谔方程
i Ψ = H Ψ
处于此能级上的原子也不再参与光的耦合作用, 处于此能级上的原子也不再参与光的耦合作用,从而表现 出对光的无吸收现象.因此, 出对光的无吸收现象.因此,我们把这种情况称为相干布 居捕获. 居捕获.
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当用一个强驱动场和一个弱探测场作用于介质, 当用一个强驱动场和一个弱探测场作用于介质,即
c >> p,由场 c 产生的量子干涉效应是重要的.此时 产生的量子干涉效应是重要的.
暗态
D ≈ 3 ,亮态 B ≈ 1
,即态 3 成为未
耦合态 NC ,当探测场作难用在跃迁
2 3
上
时,介质对其吸收为零,呈现出电磁诱导透明. 介质对其吸收为零,呈现出电磁诱导透明.
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一. EIT的基本原理 的基本原理
c c
c
p
|2> >
p |1> > |3> >
图1: :
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∧
型三能级原子与两光场相互作用模型
8
在旋波近似下,系统的哈密顿量为: 在旋波近似下,系统的哈密顿量为:
H = H0 + H I H 0 = pσ 33 + cσ 11
下面我们利用几率幅的方法给出电磁诱导透明的相关结果. 下面我们利用几率幅的方法给出电磁诱导透明的相关结果.
c c γ23 |2> >
p
|3> >
γ13 γ12 |1> >
p
图3:电磁诱导透明介质的三能级 :
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∧
型原子模型
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设能级
1 , 2 , 3 上的几率幅分别为 a1 , a2 , a3 , Ψ
t << 1
a 3 (t ) i * R2 a 1 (t ) i
* R1
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辐射几率为: 辐射几率为:
Pemission = a 3 (t ) + a 1 (t )
2
2
t = 4
2 2
由上式可以看到,这个辐射几率总是正的, 由上式可以看到,这个辐射几率总是正的,而且是不依 赖于相位的,是在没有布居反转的情况下获得的. 赖于相位的,是在没有布居反转的情况下获得的. 所以, 所以,如果考虑的系统满足条件(a1),(a2)( ) )(a3) ) ( )( 那么在没有布居反转的情况下就可以实现净的增益. 那么在没有布居反转的情况下就可以实现净的增益.
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相干原子介质中非线性效应及量子效应的研究报告
相干原子介质中非线性效应与量子效应的研究【摘要】：光与原子相互作用是物理学的一个重要研究领域。
利用相干光场与多能级原子作用过程中的量子干预效应，可以显著地改变原子介质的光学特性，产生许多有趣且重要的现象。
作为其中的典型代表，电磁感应透明(EIT)效应受到了人们的普遍重视，并且得到了广泛的研究。
本文回忆了EIT效应研究的开展过程，以及利用EIT介质色散增强，吸收减弱，高非线性折射率的特性，在非线性效应和量子效应方面开展的一系列研究工作。
主要介绍了我们利用EIT介质进展的光脉冲减速，光量子存储与双通道释放，可控光致旋光效应，冷原子中的多暗态现象，冷原子磁精细能级的态制备，以及原子磁精细能级布居情况的全光学测量等实验与理论工作。
完成的工作主要包括以下几个方面：1)设计制作了共焦F-P腔反应半导体激光器和光栅反应半导体激光器。
进展光与原子相互作用研究需要高质量的光源。
我们根据不同实验对光源的不同要求，设计制作了波长对应于Rb原子D1线和D2线的共焦F-P腔反应半导体激光器和光栅反应半导体激光器。
通过共焦F-P腔反应，半导体激光器线宽由自由运转时的10MHz压窄到45KHz；采用电流同步扫描技术，频率连续扫描X围可以到达3.4GHz。
这种激光器主要应用在对激光线宽要求较高的实验中。
采用Littrow式光栅反应，将激光器线宽压窄到4MHz左右；采用电流同步扫描技术，频率连续扫描X围可以到达9GHz。
这种激光器主要应用在对激光线宽要求不高，但需要大X围频率连续调谐的实验中。
2)电磁感应透明及其与实验参量的关系。
以A型三能级原子系统为例，用半经典理论给出了EIT效应的理论模型，分析了EIT 介质的吸收和色散特性。
用自制的不同线宽半导体激光器以及不同的Rb原子气室(普通Rb泡以及充缓冲气体Rb泡)，实验研究了EIT窗口宽度与各个实验参量间的关系。
实验证明在耦合光较弱情况下，EIT 窗口宽度与耦合光拉比频率成正比；减小耦合光和探针光的激光线宽可以压窄EIT窗口的宽度；只有当耦合光与探针光的线宽与原子基态间无辐射跃迁速率γ31可比较时，充缓冲气体对EIT窗口的压窄效果才能表达出来。
物理36-05(2007)p399电磁感应透明效应
摘! 要! ! 电磁感应透明技术不仅能够改变物质对光场的响应， 而且能够调控光场本身的性质- 文章介绍了电磁感 应透明效应的基本原理， 电磁感应透明现象在各种固体介质中的实现， 比较了这些固体介质的特性， 并讨论了由电磁 感应透明现象所产生的各种效应及其应用关键词! ! 电磁感应透明， 相干， 稀土元素， 固体
・ "!!・
图 2- 介质线性极化率 # 作为探测光失谐量 " 的函数& 其中 $2. 为态’2 〉 （ 引自文献 ［9］ ） /态’. 〉的衰减率
2- 气体介质中的电磁感应透明效应
早期的电磁感应透明效应实验都是在气体中开 展的， 因为原子气体的相干失相速率较小， 拉曼跃迁 线宽一般比固体的非均匀展宽小很多& :*;;)< 小组 于 .//. 年在锶原子蒸汽中最早实现电磁感应透明
前沿进展
固体介质中的电磁感应透明效应及其应用 !
$， 5 $ $ $ $ $ 涂燕飞4 ! ! 张国权4 ， ! ! 陈! 聪4 ， ! ! 高 ! 峰4 ， ! ! 薄! 方4 ， ! ! 刘建彬4 ， ! ! 许京军4 ， （ 4! 南开大学物理科学学院光子学中心! 天津! "%%%&4 ） （ $! 南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室! 天津! "%%6’& ）
的各 种 光 学 效 应 及 应 用 如 光 速 调 控 存储
［ 5］
［ &］
、 频率转
［ $］ ［ 4］ 换 、 四波混频 、 巨克尔效应以及光子量子态紫外和红外区通 常都是透明的， 并且具有相对高的光损伤阈值- 但是 对于实际应用来说， 固体比气体具有明显的优势， 下 面我们介绍电磁感应透明效应在固体介质中的实现 和相关的应用-
电磁感应现象 课件
二、电磁感应的产生条件 1.磁通量:穿过某一面积的磁感线条数叫作穿过该面积的磁通量. 2.磁通量公式:Φ=BS,其适用条件:①匀强磁场;②B 与 S 垂直. 3.磁通量单位:韦伯,简称韦,1 W b=1 T· m 2. 4.产生感应电流的条件:①闭合电路;②磁通量发生变化.
一、磁通量
活动与探究
引起磁通量变化的因素有哪些?
位置磁通量最大,若线框以 ab边为轴转动,则磁通量变小,故 C 对;若线框
以导线为轴转动,在任何情况下磁感线与线框所在平面均垂直,磁通量
不变,故 D 错.所以本题正确选项为 B 、C . 答案:B C
.
[思路点拨]本题关键是解决 Φ=BS 中的 S 和 B 必须垂直.
解析:线圈平面 abcd与磁感应强度 B方向不垂直,不能直接用 Φ=BS 计算,处理时可以用不同的方法.
方法一:把 S 投影到与 B 垂直的方向即水平方向,如图中 a'b'cd,S⊥=Scos θ,
故 Φ=BS⊥=BScosθ. 方法二:把 B 分解为平行于线圈平面的分量 B∥和垂直于线圈平面 的分量 B⊥,显然 B∥不穿过线圈,且 B⊥=Bcosθ,故 Φ=B⊥S=BScosθ. 答案:BScos θ
么没能探测到这种效应?
答案:安培在实验中利用多匝通电线圈来获得磁场,而线圈内悬挂
一闭合线圈,在多匝线圈通入恒定电流情况下,产生稳定的磁场,这样闭 合线圈内磁通量不变,所以根本没有产生感应电流,所以磁铁也就不能
使悬挂的可动线圈转动起来.
迁移与应用
例2
如图所示,竖直放置的长直导线通有图示方向的恒定电流 I,有一闭 合矩形金属线框 abcd 与导线在同一平面内,在下列情况中,能在线框中
二、产生感应电流的条件 活动与探究
【浙江省自然科学基金】_crystal structure_期刊发文热词逐年推荐_20140812
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
科研热词 推荐指数 晶体结构 8 对羟基苯乙酸 3 白光led 2 la(ⅲ)配合物 2 dna 2 静电纺丝 1 镁掺杂周期极化铌酸锂晶体 1 铜(ⅱ)配合物 1 钇铝石榴石 1 金属配体 1 配合物i 1 连续激光输出 1 质粒dna 1 荧光粉 1 荧光性质 1 荧光光谱 1 芴 1 纳米纤维 1 稀土配合物 1 碳纳米管 1 硅氮基化合物 1 直接甲醇燃料电池 1 电催化 1 生物活性 1 温度调谐 1 水杨醛缩甘二肽席夫碱 1 氢键 1 杂三核 1 晶体生长 1 小牛胸腺dna 1 吡蚜酮 1 合成 1 双核铜(ⅱ)配合物 1 内腔单共振 1 光谱性质 1 光学性能 1 光学参量振荡器 1 光参量振荡器 1 交联 1 中红外激光 1 丝素蛋白 1 三氧化钨 1 zn(ⅱ) 1 tungsten trioxide 1 kta晶体 1 genipin 1 electro-catalysis 1 direct methanol fuel cell 1 cd(ⅱ)配合物 1 carbon nanotube 1 4'-联吡啶 1 4 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 16 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
科研热词 钴配合物 葡萄糖 纳米棒 磁致伸缩 硼酸铝 生长机理 熔体快淬 晶体结构 富ga原子团簇 合成 各向异性 fe_(85)ga_(15)合金 2'-(2-噻吩亚甲基)-2-羟基苯甲酰腙
里德堡原子的电磁感应透明及其应用研究
里德堡原子的电磁感应透明及其应用研究电磁感应透明（electromagnetically induced transparency EIT）是光与物质相互作用中表现出来的一种特殊的非线性效应,是两束激光与原子共振作用时产生的量子相干效应。
利用EIT效应可以实现光脉冲的减慢与储存,介质折射率增强,微波探测及单光子源的制备等。
目前人们已经在不同介质中实现了 EIT,研究了 EIT效应随相干电磁场及系统参数变化的规律,揭示了量子相干的物理机制。
由双光子激发与里德堡原子形成阶梯型三能级系统,里德堡原子的EIT效应成为近年来人们关注和研究的热点。
里德堡原子是指外层电子被激发到主量子数（n）很高的激发态原子,可以视为原子实和一个外层电子构成的类氢原子。
里德堡原子半径大（<sup>n</sup>*<sup>2</sup>,n*为有效主量子数）,寿命长（<sup>n</sup>*<sup>3</sup>）,相互作用强(<sup>n</sup>*<sup>11</sup>)等特性。
因此由里德堡原子组成的量子体系具有较长的相干时间。
里德堡原子能级间隔小(<sup>n</sup>*<sup>-3</sup>),处于射频波段,可以由射频场耦合里德堡原子,实现射频场对里德堡原子相互作用的调控,同时提供了一种测量微波场场强的新技术。
本文以室温铯原子样品为研究对象,由铯原子的基态(6S<sub>1/2</sub>),激发态(6P<sub>3/2</sub>)和里德堡态（nS/nD）构建了阶梯型三能级系统,研究了里德堡原子EIT效应以及射频场与里德堡原子相互作用时的EIT光谱,获得了里德堡原子EIT的调制解调光谱,射频边带光谱以及射频双光子EIT-AT光谱,研究了里德堡EIT与射频场参数的依赖关系,提出了一种宽带自校准的射频场的精密测量方法。
电磁感应透明物理机制的解释
电磁感应透明物理机制的解释曾志强;王玉平【摘要】利用半经典理论,以A型三能级原子系统为例,研究了电磁感应透明的物理机制.通过暗态、缓饰态和密度矩阵方程三种理论,解释了当激光场与原子系统相互作用时,原子在光场诱导的跃迁通道问发生量子相干效应是出现电磁感应透明的原因.【期刊名称】《宜宾学院学报》【年(卷),期】2013(013)006【总页数】3页(P49-51)【关键词】量子光学;电磁感应透明;暗态;缀饰态;密度矩阵方程【作者】曾志强;王玉平【作者单位】宜宾学院计算物理四川省高校重点实验室,四川宜宾644007;宜宾学院物理与电子工程学院,四川宜宾644007;宜宾学院矿业与安全工程学院,四川宜宾644007【正文语种】中文【中图分类】O431.2原子系统在光场驱动下形成多条量子跃迁路径，这些路径干涉导致量子相干.基于量子相干，原子对信号光不吸收，这便是电磁感应透明(Electromagnetically Induced Transparency，EIT)［1－2］.当原子系统呈现 EIT时，还可能会伴随诸如光速减慢［3－6］，无反转增益［7－10］，零吸收高折射率［11－14］等物理现象.本文以最基本的三能级原子系统为例来分析EIT产生的物理机制. Λ型三能级原子系统的能级结构如图1所示，其中能态|b〉|c〉和之间的跃迁是偶极禁戒的.该模型中用角频率为νp和Rabi频率为的弱探测光作用在跃迁|a〉↔|b〉上，同时用角频率为vc和Rabi频率为的强耦合光e－ivct作用在跃迁|a〉↔|c〉上，μab(ac)为原子能态|a〉→|b〉(|a〉|→c〉的跃迁偶极矩.定义△1=ωab－vp和△2=ωac－vc分别为探测光和耦合光的失谐量，其中ωab和ωac为原子相应能级之间的跃迁频率.跃迁路径|a〉↔|b〉和|a〉↔|c〉的自发衰变率分别用2γ1和2γ1表示.图1 Λ型三能级原子系统能级示意图1 暗态Λ型三能级原子系统在相互作用绘景中相互作用部分的哈密顿量为:由量子力学本征方程，可求得哈密顿量H'1的三个本征态为:其中对应的本征值 E0=0，|ψ±〉，对应的本征值E±=∓(ħ /2)Ω.显然，在|ψ±〉中，布居在激发态|a〉的几率为50%.因为激发态会向低能态自发衰变，所以系统中含激发态|a〉的本征态|ψ±〉很难长时间维持.相反，很容易将系统准备到不包含高激发态|a〉的本征态|ψ0〉，在实验中，可以调节相干光的强度使之远大于探测光的强度，Ωc＞＞Ωp即，使得本征态|ψ0〉与基态|b〉非常接近.该易制备的本征值为零的态|ψ0〉，即称之为暗态.而原子态能级之间的跃迁由相互作用部分的哈密顿量实现，故可以得到:在强相干光和弱探测光的耦合作用下，如果原子初态为|ψ0〉，则原子能够稳定地处于态|ψ0〉上演化而不会出现因原子由高能级向低能级自发跃迁而引起的衰减现象.因此，当探测光在这种情形下的原子系统中传播时，不会被吸收，即系统呈现EIT现象.此外，由式(1)可以看出，只有的前两项对暗态|ψ0〉有作用，用中的第一项作用于暗态|ψ0〉得到|a〉态的几率幅，正好与中的第二项作用于暗态|ψ0〉得到|a〉态的几率幅反相，形成量子相消干涉.这也是EIT现象的物理本质.2 缀饰态为了计算原子与控制场Ωc之间相互作用耦合部分的本征态，将相互作用耦合部分的哈密顿量表示为:在以本征态矢|a〉和|c〉为基矢的裸原子表象下，可求得H″I对应的两个本征态，即缀饰态为:其中θ满足当外加的耦合光场与原子跃迁共振(即△2=0)时，上式可简化为:在图1所示的原子模型中，探测光作用的跃迁可看成|b〉→|+〉和|b〉→|－〉两个跃迁，此时探测光与原子相互作用的过程如图2所示.图2 Λ型三能级系统对应的缀饰态能级图研究发现，当系统没有考虑强相干场Ωc作用时，探测场Ωp在共振点处被强烈地吸收，即出现电磁感应吸收(EIA)，这与二能级原子系统的吸收光谱是一致的，如图3虚线所示;当强相干场Ωc作用于原子态|c〉和|a〉时，探测场Ωp在共振点处几乎不被吸收，即系统呈现EIT，如图3实线所示.其原因是:在共振点(即△1=0)处，原子中的电子既可能向|+〉跃迁也可能向|－〉跃迁，这两条跃迁路径之间产生的量子相干导致了EIT现象.图3 Λ型三能级系统对探测光吸收随失谐量变化关系图中参数值:Ωc=0(虚线)，Ωc=10(实线)，3 密度矩阵方程在偶极近似和旋转波近似下，光场与Λ型三能级原子系统相互作用的密度矩阵方程在相互作用绘景中为:以上各密度矩阵元还同时满足归一化条件和厄密条件:ρaa+ρbb+ρcc=1和根据量子光学理论，通过密度矩阵元ρab的虚部Imρab描述系统对探测光的吸收.在定态情况(即dρij/dt=0)下，ρab的解析解为［15］:其中:为了方便计算，上式中已假定了γ1=γ2=γ，且所有参数都以γ为量纲单位.通常，系统外加耦合场较强而探测场较弱，即Ωp＜＜Ωc，故:由上式可知:当(△1=△2)时Imρab为0，即原子系统在共振处对探测光的吸收为零.这与图3分析得出的结论相一致.4 结语当一束信号光单独存在时，由于强烈的共振吸收，信号光不能通过介质.而当信号光和耦合光同时存在时，信号光不被介质吸收.本文通过暗态、缀饰态和密度矩阵方程等三种方法对最典型的三能级原子系统中电磁感应透明的物理机制作了详细讨论，并发现系统电磁感应透明是由于光场同原子组成的相互作用系统中发生量子相干效应引起的.量子相干的结果导致在共振吸收频率处原子对探测光的吸收减小为零而变得完全透明.参考文献:［1］Boller K J，Imamolu A，Harris S E.Observation of electromagneticallyinduced transparency［J］.Phys Rev Lett，1991，66(5):2593 －2596.［2］Harris S E.Electromagnetically induced transparency［J］.Phys Today，1997，50(7):36－42.［3］Phillips D F，Fleischhauer A，Mair A，et al.Storage of light in atomic vapor［J］.Phys Rev Lett，2001，86(5):783 － 786.［4］梁卿昌，王海华，蒋占魁.Eu3+:Y2SiO5晶体中电磁感应透明及群速度减慢研究［J］.光学学报，2007，27(5):946－950.［5］Li J J，Fan X J，Tian S F，et al.Group velocity of the light pulse in an open V －type system［J］.Optik，2007，118(4):163－167.［6］Hou B P，Wei L F，Long G L，et rge cross－phase－modulation between two slow pulses by coupled double dark resonances［J］.Phys Rev A，2009，79(3):033813－033819.［7］Zhou Peng，Swain S.Quantum interference in probeabsorption:narrow resonances，transparency，and gain without population invertion［J］.Phys Rev Lett，1997，78(5):832 －835.［8］王振华，胡响明.修饰态布居的选择性激发对无反转激光的作用［J］.物理学报，2004，53(8):2569－2575.［9］Zeng Z Q，Hou B P，Gao Z H，et al.Transient response in a threelevel system with the squeezed vacuum［J］.Opt Rev，2012，19(2):45－49.［10］Zeng Z Q，Wang Y P，Hou B P，et al.Transient properties in a resonant ladder－type atomic system with vacuum－induced coherence and incoherent pumping［J］.Optik，2013，124(11):973 －976.［11］Scully M O.Enhancement of the index of refraction via quantumcoherence［J］.Phys Rev Lett，1991，67(14):1855 － 1858.［12］Fleischhauer M，Keitel C H，Scully M O.Resonantly enhanced refractive index without absorption via atomic coherence［J］.Phys Rev A，1992，46(3):1468－1487.［13］Wang F Y，Shi B S，Lu X S，et al.Two narrow bandwidth photons interfering in an electromagnetically induced transparency(EIT)system ［J］.Chin Phys B，2008，17(5):1798－1803.［14］Xiao Z H，Kim parison of transient process between openand closed ladder－type systems with spontaneously generated coherence and incoherent pumping［J］.Opt Commun，2009，282(13):2547–2551. ［15］Menon S，Agarwal G S.Effects of spontaneously generated coherence on the pump－probe response of a Λ s ystem［J］.Phys Rev A，1998，57(5):4014－4018.。
Sr原子电磁感应透明效应相关理论研究
Sr原子电磁感应透明效应相关理论研究马喆;常宏;张首刚【摘要】We investigated theoretically the EIT（electromagnetically induced transparency） effect and the accompanying Kerr nonlinear effect in Sr atomic system. The result shows that using the optical molasses as EIT medium we can get a very narrow EIT window and a strong Kerr nonlinear effect by using a weak probe beam. This result builds a theoretical basis for narrowing the line width of 689 nm laser and probing the frequency signal of 88Sr bosonic optics clock by using the EIT effect.%从理论上研究了Sr原子系统中电磁感应透明（EIT）效应及其伴随的Kerr非线性效应。
计算表明，将一级冷却得到的Sr冷原子粘团作为光场与原子相互作用的EIT介质，用较弱的耦合光可以得到一个非常窄的EIT窗口和较强的Kerr非线性效应。
该研究结果为实现689nm激光器的线宽压窄及应用EIT效应进行。
Sr玻色子冷原子光钟研究提供了理论参考。
【期刊名称】《时间频率学报》【年(卷),期】2011(034)002【总页数】10页(P87-95,153)【关键词】Sr原子;EIT效应;Kerr非线性效应;Sr原子光钟【作者】马喆;常宏;张首刚【作者单位】中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院研究生院,北京100039;中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院时间频率基准重点实验室,西安710600;中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院时间频率基准重点实验室,西安710600【正文语种】中文【中图分类】TM935.115典型的电磁感应透明（electromagnetically induced transparency，EIT）效应发生在型原子（由一个激发态和两个基态组成，两基态的退相干速率较小）介质中，当耦合光和探针光分别调谐到原子的两个跃迁频率上并发生相互作用时，原子两基态就会建立相干性。
电磁感应透明物理机制的解释
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈ ｅ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ａ ｒ ｅ ｎ ｃ ｙ ｉ ｎ ａ Ａ— ｔ ｙ ｐ ｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ — ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ａ ｔ ｏ ｍｉ ｃ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗａ ｓ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ‘
解释 了当激光场与原子 系统相互作用时 ， 原子在光场诱导的跃迁通道 间发生量子相干效应是 出现 电磁感应透明的原 因．
关键词 ： 量子光 学；电磁感应透 明；暗态 ；缀饰 态；密度矩阵方程 中图分类号 ： ０ ４ ３ １ ．２ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ — ５ ３ ６ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ － ０ ０ ４ ９ － ０ ３
（ １ ． 宜宾学院计算物理 四川省高校重点实验室 ， 四川宜宾 ６ ４ ４ ０ ０ ７ ； ２ ． 宜宾学院物理与 电子工程学 院 ， 四川宜宾 ６ ４ ４ ０ ０ ７ ；
３ ． 宜宾学院矿业与安全工程学 院，四川宜宾 ６ ４ ４ ０ ０ ７ ）
摘要 ： 利用半经典理论 ，以 Ａ型三能级原子 系统 为例 ， 研 究 了电磁 感应 透明的物理机制．通过 暗态、 缀饰 态和 密度 矩阵方程三种理论 ，
ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｒ ｋ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ — ｍａ ｔ ｒ ｉ ｘ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ｑ ｕ ａ ｎ ｔ ｕ ｍ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ｓ ；ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｔ ｒ ｎｓ ａ ｐａ ｒ ｅ ｎ ｃ ｙ；ｄ ｒｋ ａ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ，ｄ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ；ｄ ｅ ｓｉ ｎ ｔ ｙ 。 ｍａ ｔ ｒ ｉ ｘ ｅ ｑ ｕ ￣ｉ ｏ ｎｓ
第七章 电磁感应透明
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电磁诱导透明是由于原子相干对吸收的相消干涉所导
致. 在上面描述的三能级 型系统中, 型系统中,两个低能级属 ∧ 于基态,从激发态到两基态的跃迁为电偶极跃迁. 于基态,从激发态到两基态的跃迁为电偶极跃迁.两个电 偶极跃迁中,一个利用强相干场耦合作为耦合跃迁,另一 偶极跃迁中,一个利用强相干场耦合作为耦合跃迁, 个采用弱相干场探测作为探测跃迁.这样, 个采用弱相干场探测作为探测跃迁.这样,在两个基态之 间形成双向相干激发通道,从而导致吸收消失. 间形成双向相干激发通道,从而导致吸收消失.
献是相等的, 献是相等的,这时暗态表达式中的负号便会导致偶极矩 总振幅消失. 总振幅消失.暗态 D 也被叫作未耦合态 NC ,而 亮态保持了与电场的耦合, 亮态保持了与电场的耦合,叫作耦合态
C .
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|2> >
|B> > |D> >
图2:双光场近共振条件下,与图 等价的修饰态能级图 :双光场近共振条件下,与图1等价的修饰态能级图
可表示为: 可表示为:
则系统的态矢
Ψ = a1 1 + a 2 2 + a 3 3
系统的哈密顿量为
H = pσ 33 + p c σ 11 pσ 31 + *pσ 13 + cσ 32 + *σ 23 c 2
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(
)
(
)
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将态矢代入薛定谔方程
i Ψ = H Ψ
Tripod型四能级原子系统的电磁感应光栅(论文定稿)
J I A N G X I N O R M A L U N I V E R S I T Y2016届本科毕业论文题目： Tripod型四能级原子系统的电磁感应光栅Title: Electromagnetically Induced Grating in a Tripod-type Four-Level Atomic System院系名称：物理与通信电子学院学生姓名：学生学号： 201207020062专业：物理学指导老师：完成时间： 2016年4月摘要基于电磁感应透明，我们可以利用光与原子的相互作用实现电磁感应光栅效应。
本文从经典光栅出发，进一步介绍了电磁感应光栅。
以Tripod型四能级原子系统为模型，我们详细推导系统的主方程以及探测光场的传输函数，进而得到衍射光强。
结果表明在相位调制下可得到更明显的衍射现象，以及选择合适的参数可大大提高一阶衍射效率。
此外，我们还对比分析了 型三能级原子系统以及Tripod型四能级原子系统的电磁感应光栅，并发现在Tripod型四能级原子系统可得到更高的一阶衍射效率。
关键词：电磁感应透明，经典光栅，电磁感应光栅，衍射效率AbstractBased on electromagnetically induced transparency, electromagnetically induced grating (EIG) can be realized through interaction between lights and atoms. The classic grating is introduced firstly in this paper, and then EIG is represented. Taking a tripod-type four-level atomic system into consideration, we deduce the master equation of the system and the transmission function of the probe light in detail, and obtain the diffraction intensity. The results show that the diffraction can be more evident under phase modulation, and the first-order diffraction efficiency can be increased by choosing proper parameters. In addition, we compare the EIG effect in a-type three-level atomic system and a tripod-type four-level atomic system. And we find that the first-order diffraction efficiency is higher in a tripod-type four-level atomic system.Keywords: Electromagnetically induced transparency, classical grating, Electromagnetically induced grating, diffraction efficency.目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1电磁感应透明 (1)1.2电磁感应光栅 (2)2经典衍射光栅 (3)2.1夫琅禾费单缝衍射 (3)2.1.1强度的计算 (3)2.1.2衍射图样的光强分布 (5)2.2 衍射光栅 (5)3电磁感应光栅 (7)3.1 Tripod型四能级原子系统 (7)3.2系统哈密顿量 (8)3.2.1 薛定谔绘景下的系统哈密顿量 (8)3.2.2 相互作用绘景下上午系统哈密顿量 (8)3.3 系统主方程 (9)3.4 数值模拟 (12)3.4.1 型三能级原子系统的电磁感应光栅 (12)3.4.2 Tripod型四能级原子系统的电磁感应光栅 (13)4 总结与展望 (14)参考文献 (16)1 绪论在高度信息化的今天，通信越来越成为传输信息以及不可缺少的交流工具。