外加驅動場與光子晶體對原子自發(fā)輻射的控制作用.pdf

1、原子的自發(fā)輻射是處于激發(fā)態(tài)的原子在無外來擾動作用下自發(fā)的躍遷到低能級態(tài)并輻射出一個光子的過程,是量子光學領域研究的重要課題之一。不同原子產生的自發(fā)輻射光在頻率、相位、偏振方向及傳播方向上都有一定的任意性,是非相干的,因此如何有效的控制原子的自發(fā)輻射成為量子光學研究的熱點。自發(fā)輻射不僅依賴于原子本身的能級結構,同時還與原子所處的周圍環(huán)境相關。控制原子的自發(fā)輻射一般主要有兩種方法；一種是改變與原子耦合的環(huán)境,如與適當?shù)膸祚詈?位于光學腔中,

2、光子晶體中。光子晶體材料的態(tài)密度同自由真空場有著很大的不同,其獨特的態(tài)密度影響和改變量子干涉效應,同時為高精度測量,無反轉激光,量子計算和量子信息理論等提供了潛在的應用價值。另外一種是利用外加驅動場或多能級原子躍遷通道之間量子干涉來控制原子的自發(fā)輻射。
　　 本文主要討論了在自由真空中低頻微波場驅動的四能級原子系統(tǒng)自發(fā)輻射的相干控制和光子晶體對原子自發(fā)輻射行為的影響。
　　 在第二章里,我們討論了低頻微波場對四能級原子系

3、統(tǒng)自發(fā)輻射性質的影響和原子各能級布居數(shù)隨時間的演化情況。該四能級原子被一個相干探測場、一個耦合激光場和一個低頻微波場驅動,其中兩個上能級由低頻微波場耦合。研究發(fā)現(xiàn),光譜的性質主要依賴于微波場的位相和振幅,通過適當調節(jié)低頻微波場的位相和振幅,可以得到不同的光譜特征,如譜線變窄,譜線增強,譜線抑制,譜線的淬滅等。
　　 在第三章里,我們考慮了在光子晶體中外加兩個驅動場作用下的四能級原子的自發(fā)輻射行為,該系統(tǒng)包含一個上能級和三個下能級

4、,其中兩個下能級分別通過兩個驅動場與上能級耦合,另一下能級通過光子晶體熱庫與上能級耦合。討論了在不同的初始條件下,光子晶體帶邊的相對位置和外加驅動場的失諧量對自發(fā)輻射譜的影響。研究結果表明,當原子的躍遷頻率位于帶邊外時,通過選擇適當?shù)膮?shù),可以控制黑線的產生和消失,然而當原子的躍遷頻率位于光子晶體的禁帶中時,原子的自發(fā)輻射受到強烈的抑制。由于驅動場的存在,通過調節(jié)其頻率失諧量,在原子的自發(fā)輻射譜中,我們發(fā)現(xiàn)一些有趣的現(xiàn)象,例如譜線變窄,

5、譜線增強,譜線抑制等。
　　 在第四章里,我們討論了缺陷模對光子晶體中三能級原子自發(fā)輻射光譜性質的影響。一上級通過真空熱庫與下能級耦合,另一上能級通過含缺陷的光子晶體熱庫與下能級耦合,研究結果表明,當在光子晶體中引入缺陷模后,發(fā)現(xiàn)在原子的自發(fā)輻射光譜中產生新的透明窗口,當撤去外加驅動場時,自發(fā)輻射光譜呈現(xiàn)Lorentz型,新的透明窗口的出現(xiàn)是由于缺陷模和外加驅動場共同作用下的結果。另外通過改變缺陷模的相關參數(shù)可以有效的控制原子自