基于原子相干的非线性级联效应控制光孤子传输

Based on the atomic coherence technology, we can control the field parameters, and then control the cascade third-order effect and fifth-order nonlinear optical processes, which can obtain high efficiency at multiple transparent window and help us to analyze the mutual coexistence of multi-soliton modulation process. We also can derive the soliton transmission solutions caused by the coexistence of the third and fifth-order nonlinear effects by the coexistence of multi- wave mixing signal interaction, and then to analyze the optimal experimental conditions and control methods for obtaining the most out of efficient nonlinear cascade process using the numerical simulation results, thereby suppressing the instability fifth-order nonlinear optical transmission signal caused by the coexistence of Kerr media. Based on the above theory, we can carry out related application experiments, including the experiment of the single-channel input and the lossless multi-channel soliton wave output. The results of this project have certain significance in optical communications, multi-channel soliton transmission, and multi-soliton interaction terms.

利用原子相干技术控制外场参量进而控制级联三阶非线性效应和五阶非线性效应光学过程，在多个透明窗口处获得高效率的非线性，从而分析共存的多孤子相互调制过程。利用共存的多混频信号间的相互作用，推导出由共存的三阶和五阶非线性效应引起的光孤子传输解，并通过数值模拟的结果分析出获得高效的非线性级联过程的最佳条件和控制方法，由此来抑制共存的克尔介质引起的光孤子波非稳定性传输的五阶非线性光学信号。基于上述理论研究，开展相关的应用性实验，包括单通道输入和无损耗多通道光孤子波输出的实验等。本项目研究结果在光通信，多通道多孤子传输，多孤子相互作用过程方面具有一定的指导意义。

量子调控是通过对单个量子过程的直接调控，建立全新的量子调控技术和全量子器件，已成为当前世界各国研究的热点。对非线性过程的相干控制的研究将在未来量子通信等方面起到非常重要的作用。项目组利用激光光场与非线性介质相互作用，基于原子相干效应，利用电磁感应透明技术，重点研究了多能级原子系统中高效非线性级联效应的获得及其应用。.首先，利用共存多波混频信号实现级联非线性过程获得高效率的级联非线性四波混频信号，并通过数值模拟的结果分析共存的多孤子相互调制过程。通过数值模拟，调控两个耦合光的失谐量，在共振的情况下，从实验上观测到了被抑制的四波混频信号在级联四波混频信号的作用下得到了极大的增强，并且观测到了共存的两个四波混频场。因此级联效应下获得的四波混频信号可以增强非线性效应，从而控光孤子传输，并且向前和向后四波混频可以在各自的透明窗口无损耗的传播。利用分步迭代法联合求解线性折射率、自Kerr和交叉Kerr系数的表达式，分别分析线性折射率对电磁感应透明窗口大小控制；自Kerr和交叉Kerr系数对非线性极化率的影响比较，在自聚焦介质中自聚焦效应可以与光传播过程中的衍射效应抵消使四波混频信号形成孤子，而在自散焦介质中交叉Kerr效应产生的聚焦效应也可以与衍射效应抵消使四波混频信号形成孤子， 基于非线性级联效应下的光孤子传输解有助于理解Kerr非线性系统中孤子的形成和相互作用及它们的动力学行为。.其次，在研究光与物质相互作用的非线性效应时，理论分析了高效非线性效应下的量子拍和光学多稳态的动力行为，项目研究结果可以使我们在空间层面更加灵活地控制非线性光信号的产生和传输，为进一步研究双稳态光孤子，表面等离子体激元全光双稳开关，光子计算的逻辑操控和光子密码通讯方面研究提供新的途径。.最后，实验上设计并搭建了共存多波混频系统，观测级联高阶非线性效应控制三阶非线性下的光孤子信号。