原子类原子系统中光学前驱波的量子调控研究

Investigation of optical precursors has important applications and potential economic benefits in the fields of optical communication and medical imaging etc. The project will carry out theoretical and applied exploration reaseaches of optical precursors and its quantum control in atomic and atomic-like systems including semiconductor quantum dots and wells. The nonlinear response of the system is greatly enhanced via quantum interference, e.g. electromagnetically induced transparency and Fano interferency. Based on the enhanced nonlinearity, we discuss the interference mechanism between optical precursors and main signals. The efficient schemes of generation, enhancement and interaction of optical precursors are explored in atomic and atomic-like systems with discrete levels. Also, we investigate the quantum coherent control of propagation of optical precursors by solving Maxwell-Bloch equations with finite-difference time-domain method. Our works will expand the applications of optical precursors in the fields of ultrafast switches, fast optical communications and quantum information, etc.

光学前驱波的研究在光通信和医学成像等领域有着重要的应用价值和潜在的经济效益。本项目将开展原子和半导体量子点、量子阱等类原子系统中光学前驱波现象及量子调控的理论与应用探索研究。利用电磁诱导透明、Fano干涉等量子干涉原理，可以极大提高系统的非线性响应。基于增强的非线性极化率，讨论光学前驱波与主信号间的干涉机制。在具有分离能级的原子、类原子系统中，探寻光学前驱波产生、增强和相互作用的有效方案；通过时域有限差分算法求解Maxwell-Bloch方程，研究光学前驱波传输特性的量子相干控制。我们的工作将拓展光学前驱波在超快光开关、快光通信和量子信息等方面的实际应用。

光学前驱波的研究在光通信和医学成像等领域有着重要的应用价值和潜在的经济效益。本项目开展了原子和半导体量子点、量子阱等类原子系统中光学前驱波现象及量子调控的理论与应用探索研究，主要围绕光学前驱波和光学腔线宽控制两方面开展工作，基本达到了预期目标。.主要内容包括：1.光学前驱波的研究工作：基于拉曼过程，首次提出利用多普勒效应增强光学前驱波的方案；基于电磁诱导透明，提出了利用激光场相对相位实现分离和增强光学前驱波的相干控制方案；在半导体量子点系统中，基于共振隧穿，分析了线性-非线性竞争机制对的光学前驱波的影响；2.光学腔线宽控制的研究工作：基于隧穿效应，提出了高增益、超窄线宽光学腔方案，非线性色散可以平衡正常色散，将腔线宽压窄为空腔的1/30，非线性增益平衡线性吸收，腔透射谱强度提高近40倍；首次提出利用原子系统暗态相互作用拓宽光学腔线宽的“白光腔”方案；进一步探索了隧穿诱导透明和AT分裂的竞争机制对光学腔线宽的影响。另外，拓展了新的研究方向：1.高阶非线性：首次提出了，利用隧穿增强的克尔非线性增益平衡线性吸收，在该透明窗口处得到干涉增强的五阶非线性方案，强度可以提高一个数量级；2. 精密测量：基于共振隧穿，利用增强的自克尔非线性感知弱电压变化，精度可达0.2μeV。.以上研究工作一方面有助于研究前驱波的相干控制机制和改善光学腔的响应特征，还有助于设计新型的光通信器件和精密探测器件。