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原子相干效应由于其重要的价值和广泛的应用近年来倍受关注。相干布居捕获(CPT)是由相干场与原子相互作用产生的一种重要的原子相干效应,也是大部分原子相干现象的基础。基于CPT理论提出的VSCPT是冷却中性原子的有效方法,可以将原子冷却至低于原子反冲极限的温度。而在CPT理论基础上提出的EIT技术可以使介质的吸收色散性质发生很大的改变。光在EIT介质中传播表现出许多引人注目的特点,如探测场群速度的减小,从而实现对信号光的存储和提取。
本文主要讨论在考虑原子外部自由度-动量p的基础上,双∧型四能级原子与光场相互作用的问题。讨论了该模型VSCPT、EIT以及EIT理论下的光存储问题。
文章首先以∧型三能级原子与相向(同向)双光场相互作用系统为例,分析了VSCPT原子冷却的机制。在其基础上,讨论双八型四能级原子系统与同(相)向双光场相互作用系统的VSCPT问题,推导了系统的哈密顿量和密度矩阵方程,分析了系统实现相干捕获所需满足的条件以及原子动量的最终分布,数值模拟原予动量随时间演化的情况。对于耦合常数满足Ω31/Ω32=Ω41/Ω42,简并共振双Λ型四能级原子系统:双光场强度相等方向相对时,只有特定速度的原子可以处于暗态,原子速度将被选择,动量分布可形成双峰,随相互作用时间的延长,双峰增高且越尖锐。双光场强度相等方向相同时,任意动量原子均可处于暗态,原子均被捕获却无速度选择,动量在最初的扩散平移后保持稳定,不随时间的延长而演化。
本文第二部分讨论双∧型的简并四能级原子EIT系统,简单介绍了该四能级系统实现EIT的机制与条件,数值模拟了不同条件(控制场,初始动量分布)下,正比于介质极化率的密度矩阵元ρ31+ρ41随时间演化、随失谐变化的情况。当控制场共振,外场满足Ω31/Ω32=Ω41/Ω42:控制场与信号场相向时,只有初始动量与失谐满足
=(k21-k22)+(△32-△31)/2(k1+k2)的冷原子,系统才可实现EIT;控制场与信号场同向时,系统共振就可实现EIT,对原子动量、温度没有严格的要求。 最后,文章讨论了上述四能级原子EIT系统对信号光的存储与提取的问题。讨论了信号场方向、原子温度(初始动量分布半宽)、耦合场失谐等几种情况对简并的双Λ型四能级系统对信号光存储与提取的影响。只有当系统EIT条件可以很好的满足时,系统才能实现对信号光的存储提取。