电磁诱导透明介质与腔场相互作用的理论和实验研究

The interaction between electromagnetically induced transparency (EIT)-medium and cavity quantum electrodynamics (CQED), which combines the property of both EIT and CQED, will lead to some interesting linear and nonlinear optical effects. In terms of the quantum theory of cavity field and atom for the atom-cavity coupling system, we plan to theoretically and experimentally investigate the behavior of EIT based on CQED and the property of CQED based on EIT. The main research contents include: the theoretical investigation of quantum memory, quantum nondemolition measurement and the quantum behavior for cavity linewidth narrowing; the experimental investigation of cavity linewidth narrowing, enhancing the sensitivity of cavity ringdown spectroscopy, and ultralow light level all-optocal switching, in particullarly, extending to all-optocal switching at single-photon level.

电磁诱导透明（EIT）介质与腔量子场的相互作用，结合了电磁诱导透明和腔量子电动力学的特点，会导致许多新奇的量子光学现象产生，是当今量子光学界的前沿研究领域。本项目基于描述腔场与多能级原子相互作用的量子理论，进行电磁诱导透明介质与腔场相互作用的理论和实验研究。探讨在强耦合条件下，原子-腔量子场耦合系统中腔的量子放大作用对EIT特性的影响以及EIT的（色散）特性对腔量子光学特性的影响。主要包括理论研究原子-腔耦合系统中腔诱导透明条件下的量子存储、非破坏测量及腔透射谱线宽压窄的量子特性等。实验研究腔诱导透明系统中色散增强导致的腔透射谱压窄、提高测量微量气体浓度灵敏度及弱光控制开关等特性，实验开拓研究单光子水平的量子开关特性并进一步探讨其在量子信息过程中的应用。

电磁诱导透明（EIT）介质与腔量子场的相互作用，结合了电磁诱导透明和腔量子电动力学的特点，会导致许多新奇的量子光学现象产生，是当今量子光学界的前沿研究领域。本项目基于描述腔场与多能级原子相互作用的量子理论，进行电磁诱导透明介质与腔场相互作用的理论和实验研究。基于腔诱导透明原理，利用原子的热运动和相干作用，提出了一种新的无磁非互易的新方案, 并在实验上进行了原理验证；利用 N 型四能级系统的增益特性和热运动诱导的手性提出一种利用单向放大实现超强非互易的方案，并在实验上对该方案进行了验证；基于原子热运动，利用速度选择性光泵浦技术，在多能级原子系统中实验实现了多个波长的同时非互易传输；提出了利用强机械压缩来实现光与机械振子之间互克尔非线性强耦合的方案，并将其用于不同模式间的阻塞效应；等等。. . 本项目研究成果已在国内外重要研究刊物上发表论文25篇，其中包括知名物理学和光学刊物NATURE PHOTONICS 1篇, PHYSICAL REVIEW LETTERS 1篇, PHYSICAL REVIEW系列8篇， OPTICS LETTERS 1篇，OPTICS EXPRESS 2篇，等等。本项目研究成果连续两年入选中国光学十大进展。本项目执行过程中，培养硕士研究生及博士研究生7名，按研究计划完成了项目的研究目标。