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色散和吸收是光学介质的一对基本性质,随着激光技术的出现和飞速发展,人们对介质的光学性质有了更深刻的认识,对色散现象的研究和应用也上升到了一个全新的高度。光速调控理论和技术就是随着人们对色散现象研究的不断深入应运而生并迅速发展起来的。可控光速领域研究的不断前进不仅使人们对光与物质作用本质的理解有了长足进步,并且极大推动了光存储、量子通信和量子计算等方面的科研工作。广阔的应用空间和巨大发展潜力使得色散效应及其在光速调控方面的应用成为令人瞩目的科研热点,本论文围绕这一主题分三个章节展开,以色散效应为主线,光群速调控为出发点,点线结合地总结了这个方向的研究工作。
论文的第一章首先给出了色散和光群速的概念,阐述了介质正常色散和反常色散的物理机制和不同特点,并结合色散及光群速的内涵对二者之间的紧密联系作出了直观说明,指出色散对于调控光群速的决定性作用。在这一章中,我们还着重就正常色散和反常色散分别对实现群速减慢和加快的作用作了详细讨论,并结合相关的研究进展对超快光和极慢光的形成机制和物理意义做了简要介绍。本章作为全文的基础章节,为本论文的选题提供了理论背景,进而引出后面的研究工作。
在第二章中,我们主要以经典理论为背景针对光折变非简并二波耦合中的色散现象做了深层讨论。我们首次发现:在光折变材料的二波混频过程中,伴随两入射光波之间的能量耦合及相位耦合,相位耦合系数随两光波之间频差变化体现出强烈的色散效应。利用这一色散效应可以实现光群速减慢,最低可将光群速减慢到0.05m/s,并在光速减慢的同时还实现了光信号的强度放大,这点是以往的光速减慢实验无法实现的。第二章对这部分的工作进行了全面而细致的介绍,此外,本章还介绍了我们针对相位耦合系数的色散特性进行实验研究的具体方法和目前的进展。
本论文的第三章重点探讨了量子相干过程中的电磁感应透明现象。利用量子光学理论剖析了电磁感应透明现象的成因及与之相伴的色散现象和折射率增强。考虑到光速调控技术应用的推广的发展,我们特别着眼于固体中的电磁感应透明及利用它实现光速减慢的研究,不仅指出了固体材料与气体相比的优势所在,还从理论上研究了电磁感应透明宽度对光群速结果的决定作用,分析了光强和系统非均匀展宽等实验参数对实现光速减慢的影响,并以此为基础指出了优化实验配置的途径。这一章的理论调研工作为今后开展量子相干系综的光学性质的研究提供了理论准备和铺垫。
在论文的最后我们对全文做了简明的总结,并站在近期和长远的不同角度提出了后继工作的内容,展望了今后这一方向的发展空间和应用前景。