超冷里德堡原子氣體中光的非線性傳播效應研究

《超冷里德堡原子氣體中光的非線性傳播效應研究》是依託華東師範大學，由黃國翔擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超冷里德堡原子氣體中光的非線性傳播效應研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃國翔
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

由於其獨特的物理特性及潛在的套用前景，近年來超冷里德堡原子引起了人們的極大關注。本項目開展超冷里德堡原子氣體中光的非線性傳播效應研究，內容包括：(1)建立超出平均場處理的理論方法，系統研究相互作用里德堡原子體系的量子多體動力學，計算原子躍遷算符的各階關聯函式，從而得到由原子-原子、光子-光子相互作用所貢獻的各階非線性光學極化率；(2)基於電磁誘導透明效應所導致的非線性回響的極大增強，研究超冷里德堡原子體系中光場的高效四波混頻與弱光時空孤子的形成與傳播；(3)基於里德堡綴飾的玻色-愛因斯坦凝聚，研究超冷里德堡量子氣體中光的瑞利與拉曼散射；(4)探討利用超冷里德堡原子實現光孤子的存儲與讀取的可能性。該項目的研究對於揭示超冷里德堡原子體系中的新奇非線性與量子效應及其在光與量子信息處理中的套用均有重要意義。

結題摘要

由於其婚灶燥獨特的物理特性及誘人的套用前景，超冷里德堡原子的研究贈章民犁成為倍受關注的重要課題。本項目開展超冷里德堡原子氣體中光的非線性傳播效應研究，取得了以下幾個方面的研究成果：（1）建立了超出平均場的理論方法院重紙，由此系統研究了超冷里德堡原子系綜的量子多體動力學；詳細計算了在電磁誘導透明（EIT）條件下里德堡原子躍遷算符的各階關聯函式，得到了由原子-原子相互作用所貢獻的各階非線性光學極化率的解析表達式；證明了由於里德堡原子之間的偶極-偶極相互作用，體系的光克爾效應可大大增強，且可得到超強的五階光克爾效應。（2）利用所建立的超出平均場處理的量子多體計算方法夜捉紋，研究了里德堡電磁誘導透明（Rydberg-EIT）的線性與非線性回響特性，發現 Rydberg-EIT 的瞬態行為強烈地依賴於體系的里德堡阻塞效應，證明了Rydberg-EIT的回響速度比通常EIT的回響速度要快得多。（3）基於Maxwell-Bloch 方程組和體系的Rydberg-EIT所導致的非線性光學效辯整妹應的極大增強，導出了具有色散、衍射、局域和非局域非線性的探測場包絡方程，得到了各種灑享非局域情形下具有極慢的傳播速度和極低的產生功率的非線性(3+1)維光脈衝(光子彈)；證明了這些高維光脈衝進行主動控制，包括它們的高效和高保真的存儲與讀取等。（4）提出了在里德堡原子氣體中實現宇稱-時間（PT）對稱光學勢的物理方案;研究表明，通過調節非局域克爾非線性可對體系PT相變求民閥紋的相圖和高維非局域光孤子進行主動操控;具有非局域克爾非線性的超冷里德堡原子氣體中光波的非線性衍射具有十分新穎物理特徵;通過常密度光波調製不穩定性和體系的非局域克爾非線性效應可得到若干類型的光學自組織結構。該項目的研究結果不僅對於揭示超冷里德堡原子的新奇量子與非線性效應有重要意義，而且在光與量子信息的處理與傳輸等中也有潛在的套用。項目執行期間發表有關SCI 論文 27 篇, 其中Phys. Rev. A 11 篇，Optica 1 篇，Laser & Photon. Rev. 1 篇, ACS Photonics 1 篇, Opt. Lett. 1 篇，Opt．Expr. 5 篇, IEEE J. Sel. Top. Quant. Electr.1篇， New J. Phys. 1 篇；在國內外有關學術會議上做學術報告 12 次。