1、长与原子吸收线和光通讯窗口相应的量子关联的制备操控与应用是量子通信研究领域直受关注的焦点研究课题之。多年来研究最多的制备关联和纠缠光的方法是用光学参量下转换和倍频过程，所制备的纠缠光的波长般很难与原子吸收线相匹配，也很难实现与原子发生相互作用所必须的连续可调谐机制。为此，通过原子介质直接制备量子关联和纠缠显得尤为重要。该论文围绕原子汽室中明亮孪生光束的制备，对有关原子汽室光学厚度，原子汽室中的非线性，原子汽室中的光学光子晶体效应进行了研究，包括以下四部分第章在光与原子的相关实验中，很多物理过程都是基于原子的相干效应来完成的，如光减速光存储非线性等因此这章简单介绍了电磁诱导透明效应，重点阐述了光与原子非线性相互作用过程中的重要效应电磁诱导光栅。第二章光学厚度是光与原子相互作用过程中原子系统的个重要参量，利用光与简单二能级。

2、子间相互作用弱等优点，因此作为信息的理想载体，光子可极大地提高信息传输速度，降低能量损耗，增强抗干扰性能和保密性。量子光学主要研究光子的量子特性及其在与物质相互作用中出现的各种效应。而激光的出现，由于其具有单色性好，亮度大，以及连续可调谐等特点，使得在确定原子和分子能级时具有更高的灵敏度和精确度。在相当长的段时间里，科学家主要集中在光与二能级原子的相互作用，而几束光同时作用在介质上可能产生多光子跃迁和些非线性现象，这些拓宽了非线性光谱学的研究领域。在光与原子相互作用过程中，与二能级系统相比较，光与三能级原子相互作用的非线性相互作用能够得到极大的增强，这主要是由于原子的相干效应引起的。在光与原子相互作用的非线性过程中，原子相干效应扮演着很重要的角色。原子相干效应是当两束光作用在个三能级原子系统时，会引起原子以种相干叠加态。

3、原子偶极矩为零，不能与光相互作用，因此既不能产生电磁辐射，也不会对光进行吸收。用拉比频率来表示，可以写为，.原子的态可以按照所作用的场来表示。我们看下态和激发态之间的耦合情况，可以发现是正比于，如果双光子共振，吸收光子的概率为零。如果作用在原子上的两束光的其中束在原子共振跃迁附近扫描，除了，由于原子的吸收和自发辐射会有荧光出现，在由于荧光变暗没有荧光。因此，也称为“暗态”，暗态是指原子不与加在其上的光场相互作用。在原子共振区域附近，由于效应，原子对信号光场几乎没有吸收，而且色散非常大，能够引起光群速度减慢。肖敏小组在年直接同时测量了介质的吸收和色散曲线，等人年实验上首次观察到了光群速度减慢。等人年在热原子系统中把光的群速度减慢到。另外利用效应可以极大的提高光与原子。

4、，表示光与原子作用的态之间的耦合强度和单模电磁场，系统依赖于时间的量子态可以表示为，.在绘景下，系统随时间的演化可表示为，.，.或者等价地以有效的形式表示为.在以上计算中考虑了旋转波近似，忽略了快变项，因为其振荡频率要比布居数的变化快的多，布居数是按照拉比频率变化的。例如。.是两个光场同时作用到原子时发生的现象，所以我们把研究从二能级转向三能级型系统图.，图中所示的两个光场可以用来转移和俘获原子的布居数，最终使原子以两个基态的相干叠加态的形式存在，而激发态没有布居数存在。作用万方数据第章绪论在原子上两束光场的拉比频率分别为控制场和信号场。按照光与二能级原子相互作用同样的步骤，系统的有效可以写为。

5、文使用授权声明本人完全了解山西大学有关保留使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关机关或机构送交论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印缩印或扫描等手段保存汇编学位论文。同意山西大学可以用不同方式在不同媒体上发表传播论文的全部或部分内容。保密的学位论文在解密后遵守此协议。作者签名导师签名年月日万方数据目录中文摘要.第章绪论.引言.电磁诱导透明效应电磁诱导光栅与四波混频电磁诱导光栅简介.光栅的类型两束平面波的叠加.驻波场作用下的原子形成的布拉格光栅原子作为非线性介质的四波混频.原子中四波混频的应用本文的主要内容.第二章铯原子汽室中光学厚度的实验测量与精确模拟引言理论分析光通过二能级原子系统后的吸收特性实验测量光通过二能级原子系统后的吸收特性理论拟合小结.第三章在铯原子汽室中产生高频差孪生光束的实验。

6、状态存在，这种状态会抑制原子介质对作用光场的吸收。基于原子的相干效应，通过理论研究和实验发现了许多有趣的量子现象，如相干布居俘获,电磁诱导透明全光学开关光减速,和光存储,四波混频,电磁诱导吸收光栅量子噪声抑制及量子纠缠等。这些现象将对量子光学的发展产生革命性的影响。下面简单介绍几个典型的原子相干效应。.电磁诱导透明效应万方数据铯原子系统中量子关联及光子晶体特性的实现在这部分，我们简单回顾下在型三能级结构中的。是种消除原子对光场吸收的效应，尽管作用的光场与原子的跃迁中心能级是共振的。首先考虑个简单的二能级原子系统图.，系统的可以写为图.束光场作用下的简单二能级原子系统。能级和之间的间隔为，作用的光场的频率为。光场相对于原子共振频率失谐为，.其中第二项的包含偶极算符ˆ是偶极矩阵。

7、子相互作用的布洛赫方程，在满足跃迁选择定则的前提下，把方程推广到了真实的原子系统，然后考虑了原子的速度分布以及传输效应，精确的模拟了不同偏振和强度的光通过不同温度原子汽室的透射曲线，并通过比尔法则计算出了原子汽室的光学厚度，得出了光学厚度与光的强度和偏振原子汽室的温度都有关系，光强越大，光学厚度越小原子汽室温度越高，光学厚度越大。第三章实验研究了铯原子汽室作为非线性介质的拉曼四波混频非线性效应，测量并分析了不同长度原子汽室和不同泵浦光光强下的探针场与共轭场之间的量子关联，得到最大.的关联光束。建立了依赖于具体原子系统的有效哈密顿量，通过分束器模型分析了损耗对量子关联的影响。理论计算了相同参量下不同原子的增益和量子关联，揭示了铯原子汽室中获得量子关联的机制。第四章理论研究了驻波场作用下的电磁诱导透明介质的吸收特性，实验测。

8、了光通过驻波场作用下的铯原子汽室的透射特性，发现其在定的频率区域存在类似于光子晶体中光子带隙的强吸收。而且驻波场的强度在空间上的周期性分布会引起作用介质的折射率在空间上的周期性调制。因此，通过调节形成驻波场的两束光场的相对频率失谐，可以方便的对光子带隙的中心频率位置进行操控。万方数据其中创新性的工作有Ⅰ.实验研究了不同能级和不同温度的铯原子汽室中在不同光强和不同偏振光作用下的光学厚度，并在理论上对其进行了精确模拟。为精确标定高温下原子汽室的光学厚度提供了种很好的方法。Ⅱ.在铯原子汽室中利用拉曼四波混频产生了高频差的明亮孪生光束，理论上为研究在原子系统中的强度差压缩建立了依赖于具体原子系统参量的有效哈密顿量，揭示了不同原子汽室中获得不同量子关联度的关键机理。Ⅲ.在热原子系统中利用驻波场作用下电磁诱导透明介质对定频率区域探。

9、届博士学位论文铯原子系统中量子关联及光子晶体特性的实现作者姓名郭苗军指导教师张俊香学科专业光学研究方向量子光学培养单位量子光学与光量子器件国家重点实验室光电研究所学习年限年月至年月二〇四年六月万方数据山西大学届博士学位论文铯原子系统中量子关联及光子晶体特性的实现作者姓名郭苗军指导教师张俊香学科专业光学研究方向量子光学培养单位量子光学与光量子器件国家重点实验室光电研究所学习年限年月至年月二〇四年六月万方数据,万方数据承诺书承诺书本人郑重声明所呈交的学位论文，是在导师指导下独立完成的，学位论文的知识产权属于山西大学。如果今后以其他单位名义发表与在读期间学位论文相关的内容，将承担法律责任。除文中已经注明引用的文献资料外，本学位论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写过的成果。作者签名年月日万方数据学位论文使用授权声明学位论。

10、究引言.原子系统中拉曼四波混频的发展及应用.实验.实验能级与实验装置实验结果与分析理论分析.系统的有效哈密顿量双模压缩态光场的产生.损耗对强度差压缩的影响.万方数据增益和量子关联的理论计算.小结.第四章光子晶体特性在介质中的实验实现引言光子晶体的带隙特性驻波场作用下介质的理论分析.与有关的可观察物理量原子运动引起的多普勒效应.介质中光子晶体特性的实现在介质中光学二极管功能的实现小结.全文总结及展望.参考文献攻读学位期间取得的研究成果.致谢个人简况及联系方式.承诺书.学位论文使用授权声明.万方数据.本文的主要内容.万方数据..万方数据中文摘要量子关联是量子通信中的重要组成部分，在确保信息安全，增大信息容量等方面具有经典信息无法比拟的优越性。而实现远距离量子通信必须借助于基于原子量子存储的量子中继器，因此，。

11、,.图.三能级型系统。两束光分别作用在三能级原子的两个跃迁能级上，相对于原子共振跃迁的失谐分别为和，双光子失谐量为。如果我们假定双光子失谐，随时间变化的有效量的本征态可以表示为,.,.。.对应的能量本征值分别为，，。其中。考虑下面的情景，原子初始状态在，我们首先作用控制场，能态和被耦合起来，本征态和为能态的线性叠加态，他们万方数据铯原子系统中量子关联及光子晶体特性的实现之间的能级劈裂为斯塔克效应。由于和都包含处于原子激发态的布居分布，因此他们的偶极矩不为零，会与光相互作用产生电磁辐射。对于态，由于不包含激发态，处于此态。

12、场具有强吸收的特性，实现了类似于光子晶体所具有的光子带隙特性，并且可以通过调节形成驻波场两束光之间的失谐来对带隙的中心频率位置进行操控。关键词电磁诱导透明电磁诱导光栅光学厚度量子关联光子晶体万方数据,,.,.万方数据,.,.,.,.,.,Ⅰ.万方数据ⅡⅢ.,.，.万方数据万方数据第章绪论第章绪论.引言随着半导体集成电路技术的不断进步，信息技术取得了飞速的发展，对人类生活和经济社会的发展产生了巨大的影响。然而，当芯片达到经典尺度的极限后，进步缩小特征尺寸提高集成度已相当困难。另外，电子作为集成电路的主要载体，当集成度过高时，电子间存在库仑力，电子间的相互影响所产生的热效应将大大降低集成电路的性能，并引起能量损耗大信息传输慢等问题。这就是人们常说的“电子瓶颈”效应，它将制约信息技术的进步发展。光子具有传输速度快传输带宽大光。

参考资料：

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