铷原子蒸汽中基于EIT存储的光学干涉及相关激光锁定系统的实验研究

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众所周知光的传播速度是自然界中最快的,因此光子在信息传输、计量等方面的应用有其绝对的优势。不仅是传播速度,对于稳定性、抗干扰性等优势也决定了光子优于其他物质作为信息传输的理想载体。相干光场和原子激发的量子干涉效应在量子计量和量子信息科学中起着重要作用,近些年来电磁感应透明(EIT)技术已经在许多方面有了广泛应用,而以此为基础的光存储实验对实现全量子信息传递具有重要意义。本文中在光存储实验的基础上,进一步研究脉冲信号因覆盖叠加产生的光学干涉现象。这一过程是在热铷原子蒸汽样品池中进行,为了提高存储效率及实验环境的稳定度,同时建立激光锁定系统,将激光器频率进行有效锁定实现主、从激光器频率同步振荡。本论文所研究的主要内容是基于电磁感应透明存储的光学干涉及相关激光锁定系统的实验研究。第一部分:电磁感应透明效应等相关知识的梳理。介绍了量子干涉效应的物理含义及本论文所采用的三能级Λ模型中实现EIT现象的能级作用关系、原理。介绍了以EIT为基础实现光存储实验的历史研究过程及发展状况。并讲述了基于电磁感应透明实现光存储及光学干涉的时序模型。第二部分:实验装置系统的改进。本部分着重讲解了实验所采用的创新想法及实验仪器对实验本身带来的影响。分为两个部分,一部分是在实验中加入功率放大器对实验的影响及放大器的使用方法,加入该放大器之后增加了耦合场光束的强度,不仅对EIT的效率,对光存储的效率都有很好的帮助,更利于对信号脉冲叠加从而产生的干涉现象进行研究。另一部分是注入锁定方法的实现。通过光纤调制器、频率合成器、放大器等仪器与光路的连接实现两台激光器光束频率的锁定,使得主、从激光器的频率差始终保持在实验所需的频率值6.835GHz,将整体光路保持在一个非常稳定的状态,利于后续实验的进行。第三部分:基于电磁感应透明存储的光学干涉的实验研究。主要根据能级分析阐述了采用87Rb原子进行实验的原因及对实验光路搭建的详细说明。本实验是在铷原子蒸汽温度较高的情况下实现的,并且利用声光调制器(AOM)将探测场与耦合场的光束调制+1级光斑进行实验,这样探测场与耦合场光束同时发生200M的蓝移。通过注入锁定方法调整两台激光器频率在样品池中发生双光子共振,实现以电磁感应透明为基础的光学存储实验。改变存储时间,提取的脉冲信号大小将发生改变,并得到结论存储时间越长效率越低,与预期结果相同。并在此基础上增加脉冲信号与提取信号进行覆盖叠加产生光学干涉现象并对其进行分析。同时通过本实验为以后在实验研究中增加多束脉冲信号进行干涉的实验提供思路。
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