【摘要】：原子光學因為激光的問世有了很大的發(fā)展,通過激光和外層電子的強耦合作用可以極大地改變原子介質(zhì)的光學響應特性。本論文基于外腔式半導體激光器系統(tǒng)搭建了用于研究多能級銣原子系統(tǒng)中高階非線性效應的實驗系統(tǒng),然后利用基于原子相干的電磁誘導透明和光泵浦效應研究了低激發(fā)態(tài)和高激發(fā)里德堡態(tài)高階非線性多波混頻的共存與相互作用,這種綴飾高階多波混頻在多通道全光通信、量子信息處理方面有著重要的潛在應用。首先,我們基于模擬技術(shù)設(shè)計實現(xiàn)外腔式半導體激光器伺服系統(tǒng),適用于銣原子能級躍遷的780nm、776nm以及795nm外腔式半導體激光器。通過對外腔式半導體激光器的結(jié)構(gòu)和特點進行分析,我們基于模擬電子技術(shù)提出了外腔式半導體激光器伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),包括電流驅(qū)動模塊、溫控控制模塊以及用來壓窄激光線寬和保證激光長期穩(wěn)定的主動穩(wěn)頻系統(tǒng)。然后根據(jù)實驗需要提出電流、溫度以及主動穩(wěn)頻模塊的性能指標,再根據(jù)指標要求模塊提出了各個模塊的具體電路設(shè)計方案,并結(jié)合實際應用情況給出了各模塊詳細的設(shè)計電路圖;最后在硬件上對設(shè)計方案進行調(diào)試最終達到提出的性能指標。最終把各個模塊組合裝機完成一套完整的設(shè)備用于驅(qū)動實驗中需要的外腔式半導體激光器。我們開發(fā)高精度高穩(wěn)定度的外腔半導體激光器驅(qū)動及主動穩(wěn)頻系統(tǒng),不僅可以滿足高精度原子光學實驗的要求,而且它簡單的結(jié)構(gòu)、低成本、高可靠性也可以用于教學和其它商業(yè)開發(fā),所以研制這樣一套用于控制半導體激光器系統(tǒng)也就具有了突出的現(xiàn)實意義和社會價值。其次,設(shè)計并實現(xiàn)了光學環(huán)形諧振腔的穩(wěn)定掃描系統(tǒng)。我們把熱原子介質(zhì)置于一個三鏡環(huán)形腔內(nèi),它的強耦合性可以有效地增強介質(zhì)的非線性效應。同時,把周期極化的KTP晶體置于四鏡環(huán)形腔內(nèi)來產(chǎn)生二次諧波信號,也就是所謂的倍頻技術(shù)。然而,在具體實驗中我們需要保持三鏡腔腔長的長期穩(wěn)定以及四鏡腔與基頻光處于共振狀態(tài),因此必須通過外部鎖腔系統(tǒng)把腔鎖在相應的參考激光上,結(jié)果表明原子腔的漂移從100MHz被抑制到小于4MHz。在實驗中,原子腔可以被看成是一個腔綴飾場,倍頻腔的輸出也可以被看做是一個綴飾場。為了得到無背底的干凈信號,我們要對綴飾場進行掃描,這就要求我們對環(huán)形腔在鎖定以后能以一定的頻率進行一定范圍的掃描。為了滿足實驗需要,我們設(shè)計了兩套負反饋鎖腔系統(tǒng)實現(xiàn)對腔長的穩(wěn)定,系統(tǒng)可以保證腔在鎖定的情況下能以10Hz的頻率進行1GHz范圍的掃描。第三,通過電磁誘導透明和光泵浦來研究低激發(fā)態(tài)原子系統(tǒng)中共存多波混頻的相互作用和相位調(diào)制過程。我們分別在三能級和倒Y型四能級~(85)Rb原子系統(tǒng)利用光泵浦和EIT技術(shù)得到了共存的四波混頻和六波混頻,通過不同的光束配置,光泵浦效應可能產(chǎn)生增加或者減少探測場吸收的過程。在此基礎(chǔ)上,通過調(diào)節(jié)探測場和與耦合場之間的角度,我們在K型五能級系統(tǒng)里面研究了共存的探測場、多波混頻和熒光信號的相位調(diào)控特性。另外,通過選擇不同的基態(tài)超精細能級也可以控制綴飾效應的強弱。這種可控的高階非線性過程有用在新型的光電器件和多通道量子信息處理等領(lǐng)域的潛能,同時這也為我們研究高激發(fā)的里德堡態(tài)的高階非線性過程積累了經(jīng)驗。最后,以低激發(fā)態(tài)原子系統(tǒng)中得到的多波混頻為基礎(chǔ),我們研究了高激發(fā)里德堡態(tài)原子系綜中基于電磁誘導透明的高階非線性和相位調(diào)制過程。一方面,我們在共存的電磁誘導透明窗口中從理論和實驗兩個方面研究了熱~(85)Rb原子氣體中的里德堡態(tài)六波混頻和八波混頻過程。通過掃描綴飾場,可以得到通過多組自旋相干產(chǎn)生的八波混頻過程,該八波混頻過程主要通過強里德堡相互作用導致的綴飾態(tài)效應和激發(fā)阻塞效應之間的競爭和相互作用來體現(xiàn),經(jīng)過多個電磁誘導透明窗裁剪的八波混頻信號線寬小于30MHz。另一方面,我們也研究了里德堡電磁誘導透明介質(zhì)中多波混頻的抑制增強效應。里德堡原子間的強相互作用可以調(diào)制介質(zhì)的非線性色散特性,同時也會導致w\0態(tài)和暗態(tài)之間的非線性相移。這種由里德堡效應誘導的非線性相移可以通過抑制增強的綴飾不對稱性進行定量地估計,該研究證實了里德堡原子間存在的強相互作用,同時該非線性相移也可以應用于相敏探測的研究。
【學位授予單位】：西安交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN248

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 孫旭濤;陳衛(wèi)標;;基于法珀標準具的激光穩(wěn)頻方法理論研究[J];光子學報;2007年12期

2 鄒萬全;;等幅移相器[J];內(nèi)江師范學院學報;2007年02期

3 雷宏香,劉濤,李利平,閆樹斌,王軍民,張?zhí)觳?CW blue light generation at 429 nm by utilizing second harmonic process with KNbO_3[J];Chinese Optics Letters;2003年03期

本文編號：2726733