基于涡旋光的电磁诱导透明及其相关现象的研究

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自从“量子”概念提出以来,就出现了许多关于光与物质相互作用的奇特现象。量子相干现象作为量子物理研究进程中一个重要方面,直到今天依然有着十分重要的研究意义。近年来,涡旋光的产生和检测取得了巨大的进展,用其控制量子相干效应在高容量光信息存储和连续可变量子技术方面有潜在的应用价值。本文主要运用量子光学基本理论,借助涡旋光研究了电磁诱导透明和四波混频等量子相干现象。首先简要介绍了国内外基于涡旋光的电磁诱导透明等相干现象的研究现状及研究进展;然后介绍了涡旋光的基本概念,光与物质相互作用的基本理论及相关知识;最后采用量子光学基本工具对两种不同系统中基于涡旋光的量子相干效应做了理论研究。主要内容有:(1)在一个四能级级联原子系统中,提出了一个利用携带轨道角动量的涡旋光束来控制探测吸收光谱的方案。利用密度矩阵方法得出了非涡旋探测光束吸收系数的解析表达式。在共振和非共振条件下,通过调节实验上可获得的参数,研究了轨道角动量对探测吸收谱的影响。数值模拟结果显示:在共振情况下,吸收峰出现在涡旋光束的中心,而在远离涡旋中心的环上,吸收损耗减少直至消失;然而,在非共振情况下,涡旋中心变得透明或半透明,吸收损耗出现在远离涡心的环上。这些现象源于量子干涉和涡旋光束的独特特性。(2)在一个朗道量子化石墨烯系统中,通过调节两个高阶涡旋光束的方位角和径向参数,研究了双通道四波混频现象。两个非涡旋弱探测脉冲与两个拉盖尔-高斯光束和石墨烯相互作用,结果产生了两个具有相反涡旋状态的涡旋四波混频光束。
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