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激光冷却中性原子技术及其在科学技术中的应用是近二十年来发展十分迅速的前沿研究领域。速度选择相干布居俘获(VSCPT)是激光冷却中性原子的一种有效方法。论文第一章以Λ型三能级原子系统为模型,首先介绍速度选择相干布居俘获的原理,然后根据VSCPT理论,在两束激光相向和同向两种情况下,通过数值模拟讨论人型三能级原子在暗态的相干俘获问题。
对于非简并Λ型三能级原子系统,原子动量分布具有双峰结构,双峰的位置由两束激光的波数和原子与激光场之间的失谐量决定;原子的动量分布在概率峰值的一侧会出现一个动量波包,该动量波包的出现使得两概率峰的峰值有所降低,并使原子的俘获时间大大延长,俘获效率大大降低。两束激光相向情况,两束激光的波数相差越小原子的俘获效果越好,只要原子与激光场相互作用时间足够长,原子最终将被俘获在暗态上,达到冷却原子的目的;两束激光同向情况,原子的俘获时间变得很长,速度选择相干布居俘获效率很低,没有起到冷却原子的作用。
随着冷原子技术的应用,出现了许多新的光学效应,如相干布居俘获(CPT),电磁感应透明(EIT),超快和超慢光脉冲传播,光量子信息的存储等。随着量子信息科学的发展,光存储已成为光量子信息处理的关键技术。论文第二章在相干布居俘获和电磁感应透明技术基础上,以Λ型三能级原子系统为模型,介绍信号光的存储和提取。通过对电磁感应透明模型的理论推导和数值模拟,在信号光与控制光相向和同向两种情况下,分别讨论光信息在原子中存储的一些基本性质。论文主要讨论原子初始温度及失谐对光信息在原子中存储的影响。
基于电磁感应透明效应的光信息存储,原子初始温度越低信号光的存储效果越好;光场与原子能级发生共振时,信号光的存储效果最好,随着失谐量的增大,信号光只能部分存储于原子中,存储效果随着系统失谐量的增大而降低。与信号光和控制光同向情况相比较,信号光和控制光相向情况下系统对原子初始温度的要求较高,只有在原子初始动量分布半宽很小的情况下,信号光才有较好的存储效果。