熱原子的高分辨率光譜及偏振調制四波混頻的研究.pdf

1、熱原子蒸氣是激光光譜實驗中常用的光學介質。通常情況下，因為熱原子間的碰撞、原子運動產生的多普勒效應等原因會使譜線增寬，導致光譜的分辨率下降。提高熱原子光譜的分辨率可以有許多方法，如飽和吸收光譜技術、雙光子光譜的消多普勒技術等。本文主要討論熱原子的Dicke窄化光譜和偏振調制四波混頻(PMFWM)光譜。 全文共分五章： 第一章：緒論。主要介紹與本文相關的激光光譜、電磁感應透明(EIT)及四波混頻(FWM)的發(fā)展。

2、第二章：基本理論。主要介紹激光光譜學的吸收和色散等基本概念以及常用的理論如偶極近似、密度矩陣方程等。 第三章：受限熱原子的高分辨率光譜。分析了通過設計一個平行平面電介腔的超薄樣室(ETC)實現高分辨光譜的方法。當ETC中充以稀薄熱原子蒸氣時，原子的平均自由程與其所處容器的幾何形狀有關，可使原子的平均自由程表現為各向異性。以較大速度沿平行于電介質表面飛行的原子，不會產生多普勒效應。而在兩壁間往返飛行的原子和探測光場之間的相互作用是

3、一種瞬態(tài)機制。因此在很多情形下會出現亞多普勒結構(Dicke窄化)的單光子吸收光譜及選擇反射光譜。如果滿足雙光子光譜的消多普勒配置，則Dicke窄化光譜可以取得極高的分辨率。因此在實驗上可以以一個簡單的受限熱原子系統替代昂貴的冷原子囚禁系統得到高分辨率的光譜。 第四章：電磁感應透明(EIT)。由于ETC中熱原子的消激發(fā)效應和慢原子效應的增強，可以實現消多普勒增寬。在抽運光作用于系統的情況下，探測光使得ETC中處于定態(tài)的基態(tài)慢原子

4、演化為另一個基態(tài)的布居。這種相干的相位布居所產生的偶極矩與僅探測光作用于系統時產生的偶極矩大小相等方向相反，因此可以認為EIT來自于斯塔克分裂以及由于抽運光產生的兩個綴飾態(tài)之間的量子干涉效應。而ETC中慢原子效應的增強，使多能級原子系統產生了高分辨率的EIT峰和超慢光效應。 第五章：偏振調制四波混頻(PMFWM)。EIT窗中的FWM信號在熱原子樣品池里可以低損耗地傳播，從而形成高效率的FWM信號。探測光及抽運光的偏振對EIT特別

5、是FWM信號有調制作用。當探測光水平偏振或抽運光垂直偏振時，EIT窗中的FWM信號均具有較大的幅度。改變探測光或抽運光的偏振均可改變FWM信號的強度。 與非綴飾四波混頻(NDFWM)信號的強度相比，單綴飾光作用下的四波混頻信號(SDFWM)的強度在偏振調制光為線偏振及橢圓偏振的情況下受到了不同程度的抑制。而雙綴飾四波混頻(DDFWM)信號在受到綴飾光的偏振調制時均可產生抑制。另外，綴飾場除了對輸出光強有抑制作用以外，還能改變輸出

6、光的偏振狀態(tài)。因此可以有效地通過偏振調制的方法實現對四波混頻信號的抑制或增強的操控。 與“宏觀”樣室相似，ETC的使用所形成的雙綴飾EIT(DDEIT)及單綴飾FWM(SDFWM)信號分別具有明顯的斯塔克分裂及Autler—Townes(AT)分裂以及抽運光產生的綴飾態(tài)的相干效應。由于ETC中處于暗態(tài)的超慢原子貢獻的增強，以及基態(tài)原子相干馳豫時間的增大，多個超窄EIT峰可以在受限的多能級原子系統中產生。因為消多普勒的配置和原子與