基于介质光栅波导系统的双电磁诱导透明机理研究

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电磁诱导透明(electromagnetically induced transparency,EIT)是一种发生在原子三能级系统中不同跃迁路径间的量子干涉现象。但是由于其实现条件苛刻,因此研究者转向经典光学系统来模拟EIT效应,这也称为类EIT效应(EIT-like effect)。目前在波导-腔结构、超材料、光子晶体和导模共振(guided-mode resonance,GMR)系统都实现了类EIT效应。在超材料或波导-腔系统,研究者均已经实现双透明窗的EIT,甚至多透明窗的EIT。然而,在介质光栅波导系统中利用导模共振效应将EIT拓展到两个透明窗的研究还未见报导。本文使用时域有限差分法(finite difference time domain method,FDTD)在介质光栅波导系统中对双EIT效应展开研究。本文利用FDTD数值仿真在两个不同的介质光栅波导系统均实现了双EIT效应,并用两种不同的多能级系统模型进行理论解释。下面是本文的主要研究内容:1、本研究设计了双条形介质光栅波导系统,利用导模共振效应实现了双EIT效应,并用双-Λ五能级原子系统对其双EIT机理进行解释。两个透明窗分别出现了两个不同的由导模共振引起的共振波谷之中,并且两个透明窗的品质因子Q高达10~4,透射率都在94%以上。两个EIT的响应波长可以通过改变不同的结构参数灵活调节。基于这个光学系统设计的双模式折射率传感器的两个光学分辨率FOM(figure of merit)分别达到571.88和587.42。2、本文设计了级联光栅波导系统,再一次基于导模共振效应实现了双EIT效应,并用准Λ四能级原子系统对其双EIT机理进行解释。双透明窗同时出现在同一个由导模共振效应引起的共振波谷中,并获得了结果为22.59 ps和8.43 ps的两个相当卓越的光学延迟时间。此外,还通过适当地调节不同的导模之间的波长失谐实现了一个宽带平顶的透明窗。本研究不仅有助于深入理解介质光栅波导系统的EIT效应电磁作用机理,而且获得实现双EIT的方法和研究EIT的相关应用,这些研究成果对光通信、集成光路和光电信息领域的研究与应用有一定的借鉴意义。
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