基於冷原子增益系統的光前驅波的實驗研究

《基於冷原子增益系統的光前驅波的實驗研究》是依託西安交通大學，由衛棟擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於冷原子增益系統的光前驅波的實驗研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：衛棟
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

脈衝信號在色散介質中的傳輸是經典電磁學中的一個基本問題。當光脈衝信號在原子系統中傳輸時，脈衝的群速度可以大於或小於真空中的光速，但是信息的速度能否大於光速，是否會違反因果律？1914年，索末菲與布里淵指出一個階躍脈衝信號的上升沿在色散介質中總是以真空中的光速傳播，主信號則以群速度傳播。這個上升沿是一種瞬態效應，叫做光前驅波。光前驅波與主信號混合在一起，在實驗上很難將它們剝離開來。最近，在高光學厚度的冷原子系統中，利用EIT和慢光效應，我們成功地將光前驅波與延遲的主信號進行了分離。現在有許多工作研究光前驅波的特性，但是主要集中在吸收介質中並利用了EIT效應。本項目我們基於冷原子介質，在主動拉曼增益三能級與四能級系統中，在四波混頻系統中研究光前驅波和透射脈衝的特性。通過改變介質厚度，探測光失諧量，輸入脈衝形狀，脈衝上升沿時間等參數來研究光前驅波的變化規律，深刻理解光前驅波的物理本質

結題摘要

原子介質是研究光學信號傳輸和相干調控的理想平台。本項目基於相干原子介質實現了對光學脈衝和特殊光束的調控。我們首先建立了光與原子相互作用實驗平台，該平台包括冷原子系統和熱原子系統。在此基礎上，我們以電磁感應透明和四波混頻為技術手段，研究了光學脈衝信號和特殊光束的傳輸和調控。對於光學脈衝信號，研究了一個方波信號穿過拉曼介質和四波混頻過程產生的光前驅波信號。對於特殊光束，在四波混頻系統中，我們研究實現了艾里光束的頻率變換和孿生艾里光束的產生。艾里光束是一種特殊的光束，具有無衍射、自癒合、自加速的特徵。在原子系統中利用三階非線性過程實現艾里光束的頻率變換可以克服液晶型空間光調製器波長範圍窄的缺點，拓展了艾里光束的產生和套用範圍。在參量放大四波混頻系統中實現的具有量子關聯特性的孿生艾里光束在非局域量子成像方面具有重要套用；此外，基於非線性過程中光子軌道角動量守恆原理，我們還在四波混頻系統中驗證了利用拉蓋爾高斯光束實現CNOT門的可能性。在電磁感應透明系統中，我們研究了光學圖像的頻率變換，研究發現經過複製後的圖像比原圖像具有更好的解析度，而且還可以近無衍射傳輸，這種圖像頻率變換技術在光通訊、光學成像、量子信息方面具有重要的套用。由於這個複製系統在複製圖像的過程中，只對圖像的強度進行複製而消去了圖像的相位信息，我們利用該系統產生了一個具有艾里強度分布但是沒有相位信息的贗艾里光，從而研究了艾里光束的自癒合特性與波前相位的關係。最後，我們在閉合EIT系統中，對艾里光束的傳輸特性進行了理論研究，發現艾里光束在傳輸過程中，不僅具有自彎曲的特性，而且會出現周期性的擺動，從而找到了一種對艾里光束的自加速特性進行調控的新方法。這些研究結果將加深我們對光學信號傳輸和調控的認識。