4_量子干涉效应.ppt

Thus, if the terms and cancel and , we have and we have lasing even if only a small fraction of atom is in the excited state |a, i.e., even if Physically, the lack of absorption in the three-level system considered above is a manifestation of quantum coherence phenomena. When an atom makes a transition from the upper level to the two lower levels, the total transition probability is the sum of |a→b and |a→c probabilities. However, the transition probability from the two lower levels to the single upper level is obtained by squaring the sum of the two probability amplitudes. When there is coherence between the two lower levels, this can lead to interference terms yielding a null in the transition probability corresponding to photon absorption. 三、无吸收折射率增强 (Refractive index enhancement without absorption) 光学介质的折射率在接近共振时可以达到10或100，但是在获得强折射率的同时往往伴随有强的吸收，从而破坏了它的实用性。然而，在原子相干和量子干涉作用下，可以使得透明介质具有超强折射率，这由Scully于1991年首先提出。 无吸收强折射率效应对基础物理和应用物理有着重要的作用，例如激光离子加速器、光学显微镜、弱电物理原子测试、测磁学等。 能级|2和|3是一对基态偶极子，频率为ω的外场E同时耦合跃迁1-2和1-3，假设原子初始制备在态|2和态|3的相干叠加态上。 原子跃迁1-2和1-3之间的线性极化率为 上式表明，密度矩阵的非对角元素 和 决定了介质的吸收和色散性质。 系统的哈密顿量为： 作以下代换： 系统的哈密顿可写为： 将哈密顿代入主方程，可得到密度矩阵元的运动方程： r表示注入原子速率 Linear theory * * 量子干涉效应　　 Quantum coherence effects　 一、电磁感应透明 (Electromagnetically induced transparency, EIT) 二、无反转激光 三、无吸收折射率增强 (Lasing without inversion, LWI) (Refractive index enhancement without absorption) 一、电磁感应透明 (Electromagnetically induced transparency, EIT) 电磁诱导透明：通过量子干涉效应，使不透明的介质变为透明，使介质对探测光的吸收几乎为零。 Imamoglu 和 Harris 最早在理论上提出EIT，然后于1991年在实验上观察到这一现象。此后人们意识到，当共振吸收被消除时，非线性光学效应能得到增强，也能使探测光的性质得到更好的利用。 下面将具体讨论电磁诱导透明是如何产生的。 图：三能级Λ型原子与两光场相互作用模型 1、相干布居捕获 驱动场?c耦合跃迁|2－3 探测场?p耦合跃迁|1－3 失谐量为 系统总的哈密顿量为 其中自由哈密顿量 相互作用哈密顿量 经旋转变换后，系统自由哈密度量和相互作用哈密顿量变为 其中失谐量 而相互作用哈密顿量可继续化简为 其中定义 在双光子共振条件下，即 时，有 其中 由相互作用哈密顿量表达式可以看出，只有|+态与场作用，所以称此态为亮态(bright States)。而与亮态|+正交的态|-可写为 这个态没有参与相互作用，它是系统哈密顿量的本征态，相应的本征值为零，即 因此称这个态为暗态(Dark States)。 当Ωc和Ωp取值达到平衡时，暗态表达式中的两项对态|3和暗态之间偶极矩的贡献是相等的，这时暗态表达式中的负号便会导致偶极矩总振幅