激光场控制下原子系统的级联高阶非线性效应研究

本项目研究的是激光场控制下的级联高阶非线性效应。利用激光场与样品相互作用，在系统匹配方式满足消多普勒条件下，控制外场参量进而控制高阶效应的增强与抑制。在多能级原子系统中，提出一种可行的理论研究及具体实验方案，增强级联四波混频效率。通过原子相干技术控制级联三阶非线性效应和五阶非线性效应光学过程。在此实验方案的基础上，结合之前电磁感应透明（EIT）及多波混频方面直接高阶非线性效应的工作，进而研究级联和直接高阶非线性过程间的相关性、关联性、干涉性等。由于产生的多波混频信号处在各自的EIT窗口中，对级联和直接高阶多波混频过程之间的时间和空间的干涉有很大的改进，这为我们进入量子领域具有重要的意义；而且可以帮助我们控制和优化多能级原子系统中的高阶非线性过程，在新型的非线性光电子器件（如光通讯中的可控全光开关、与非门和波长转换器等）以及多通道量子信息处理等应用方面有重要的价值。

本项目研究了激光场控制下的级联高阶非线性效应。利用激光场与样品相互作用，在系统匹配方式满足消多普勒条件下，控制外场参量进而控制高阶效应的增强与抑制。在多能级原子系统中，提出一种可行的理论研究及具体实验方案，增强级联四波混频效率。通过原子相干技术控制级联三阶非线性效应和五阶非线性效应光学过程。我们得到的成果如下：(1)从实验上和理论上研究多缀饰四波混频间的相互作用及其应用。当这两个四波混频过程相互作用时，观测到两个四波混频（FWM）过程间的相互抑制现象，处在电磁感应透明（EIT）窗口中的FWM的Autler-Townes分裂也被观测到。我们发现当引入强耦合光场（作为缀饰场）的功率保持不变，仅改变其频率使该缀饰场耦合在不同的跃迁能级时，它的缀饰效果强烈地依赖于能级间的跃迁偶极矩。我们提出了一种简单而有效的方法用来确定不同原子跃迁能级间的有效跃迁偶极矩，即可以通过EIT信号被抑制的大小直接判断不同能级间有效跃迁偶极矩的大小关系，并计算给出有效跃迁偶极矩的量级，结果与现有值符合的非常好。（2）.通过改变入射光束偏振特性调制多波混频过程，发现多波混频信号光谱轮廓的改变可以归结于探针光场偏振方向的变化。当我们考虑到在铷原子倒置Y型原子系统中十六个相关的塞曼子能级系统时，实验数据与理论预言非常好的符合在一起。（3）通过FWM光谱测量由双光子缀饰产生的ac-Stark能级移动。通过理论计算和实验的方法研究了双光子缀饰效果。我们提出了一种新的测量ac-Stark效应导致的能级移动的方法，即通过FWM信号的频率移动定标能级的频移量。（4）通过原子相干技术控制五阶非线性过程和级联三阶非线性过程。我们可以任意的控制其中的一个或多个参量，来调制信号的产生机理和输出地结果。通过选择实验配置，可以使得级联的三阶非线性效应得到加强或得到抑制。（5）双∧-型四能级原子能级系统中共存FWM过程间的相互作用及关联测量，进而研究级联和直接高阶非线性过程间的相关性、关联性、干涉性等。由于产生的多波混频信号处在各自的EIT窗口中，对级联和直接高阶多波混频过程之间的时间和空间的干涉有很大的改进，这为我们进入量子领域具有重要的意义,可以帮助我们控制和优化多能级原子系统中的高阶非线性过程，在新型的非线性光电子器件（如光通讯中的可控全光开关、与非门和波长转换器等）以及多通道量子信息处理等应用方面有重要的价值。