1 / 43

相干原子介质中的时空光子弹

第六届全国冷原子物理和量子信息青年学者学术讨论会. 相干原子介质中的时空光子弹. 报告人 : 李慧军. 浙江师范大学物理系. 2012.8.17 浙江 金华. 主要内容. 背景介绍 模型选取 主要结果 结论. 背景介绍. 背景介绍. 非共振体系. 弱非线性 吸收小 v=c. 光场在传统介质中传播的特点. 共振体系. 强非线性 吸收大 v<<c. VS. 背景介绍. 解决方案. 电磁感应 透明介质. 主动拉曼 增益介质. VS.

josiah
Download Presentation

相干原子介质中的时空光子弹

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第六届全国冷原子物理和量子信息青年学者学术讨论会第六届全国冷原子物理和量子信息青年学者学术讨论会 相干原子介质中的时空光子弹 报告人: 李慧军 浙江师范大学物理系 2012.8.17 浙江 金华

  2. 主要内容 • 背景介绍 • 模型选取 • 主要结果 • 结论

  3. 背景介绍

  4. 背景介绍 非共振体系 弱非线性 吸收小 v=c 光场在传统介质中传播的特点 共振体系 强非线性 吸收大 v<<c VS

  5. 背景介绍 解决方案 电磁感应 透明介质 主动拉曼 增益介质 VS 电磁感应透明 Electromagnetically induced transparency (EIT): 利用共振可提高非线性；吸收被很好的抑制； (Kocharovskaya,Harris,1991) 主动拉曼增益 Active Raman gain (ARG): 利用共振可提高非线性；具有可控的增益；

  6. 背景介绍 能级|3> 探测场 能级|1> 能级 |2> 1.电磁感应透明(EIT) 什么是电磁感应透明？ • 改变光的色散性质（透明、慢光） • 但若引入另一束较强的控制光，使原子的两个通道之间产生量子干涉相消, 抑制原子对探测光的吸收, 称为电磁感应透明 [Kocharovskaya，Harris, 1991] • 当一束强度较弱, 脉宽较大的探测光入射到两能级原子体系时, 原子对光有强烈吸收, 介质对光是不透明的 电磁感应透明为什么重要？ • 增强介质的非线性

  7. 背景介绍 EIT 介质的特性及其相关应用 • 控制介质对入射光的吸收 →全光开关 HarrisY. Zhu • 改变脉冲的群速度 →脉冲储存 Fleischhauer & Lukin Hau →脉冲压缩 Phillips • 增强介质的 Kerr 非线性 →高效多波混频 Harris Hemmer & Lukin Deng Wu →光孤子 Wu & Deng Huang →量子相位门及其他量子计算 OttavianiPetrosyan • 其他应用： →可控能隙介质 Lukin →高精密光钟 Ye →冷分子凝聚 Pu & Zhang →瞬态及光学混沌 Xiao EIT: Electromagnetically induced transparency

  8. 背景介绍 2 主动拉曼增益介质 （Active Raman gain: ARG） L型 N 型 初始时，粒子布居在|1>态,由于单光子失谐量很大，所以只有极少数粒子布居在顶能级，从而形成一个拉曼过程，而|2>态初始时没有粒子，所以对信号场来说是一个增益过程。

  9. 背景介绍 控制ARG的增益 L 型 N 型 ARG：Active Raman gain

  10. 背景介绍 ARG介质的特点 • 1. 光场的群速度超光速 L.J.Wang,et al,Nature,2000. • 2. 不仅介质对光场无吸收，而且还有可控的增益 • 3. 巨 Kerr 非线性 L.Deng,et al,PRL,2007 • 4. 可在室温或热原子中实现 ARG：Active Raman gain

  11. 背景介绍 3.相干原子气体介质中光场传播的一般理论 • 模型推导 • 光场的形式 • 每个原子有三个内态(电子态) (j=1,2,3) 组 成一组正交完备的基矢 • 系统的 Hamiltonian： 电偶极近似 系统的态函数 满足 该系统的极化强度

  12. 背景介绍 • 模型推导 取相位匹配条件 与旋转波近似 可得 并且定义半 Rabi频率 此即我们讨论的几率幅方程。

  13. 背景介绍 • 模型推导 场满足 Maxwell方程 将前面给出的电场形式和极化强度代入上式，可得 在上式中我们采用了慢变包络近似，即

  14. 背景介绍 • 模型推导 • 方程

  15. 背景介绍 3.光孤子介绍 1+1 维时间(空间孤子):非线性与色散(衍射平衡).一般形成的孤子都稳定。 2+1 维空间孤子:(此时纯Kerr型非线性不再能和衍射平衡而形成稳定的孤子) 1.饱和非线性薛定谔方程：2.三-五次非线性薛定谔方程： 3.存在外势的Kerr型非线性薛定谔方程4.非局域介质中（metamaterial、等离子体中） （2+1 D 时间孤子情况类似） 3+1 维光子弹:类似于2+1维的情况！ 由于相干原子介质具有巨Kerr非线性效应，是否在该系统中存在3+1 维的时空光子弹？在本报告中主要针对 3+1 维的情况，给出一些刚刚得到的结果！

  16. 模型选取

  17. 模型选取 Rb 87 D1 线

  18. 模型选取 模型推导—多重尺度技术

  19. 模型选取 参数选取： Rb 87 D1 线 体系1：自聚焦体系 体系2：自散焦体系

  20. 模型选取 变换： 研究方法： 可用来求各类孤子 用来分析所获得的各类孤子的稳定性

  21. 主要结果

  22. 主要结果 孤子 (1) (2) & 涡旋

  23. 主要结果 Vakhitov-Kolololov 定理

  24. 主要结果 超光速光脉冲的传播 Nature, 406,277(2000).

  25. 主要结果 超光速光孤子的传播 Array of waveguide: PRL.105.263901(2010)

  26. 主要结果

  27. 主要结果 自聚焦情况下孤子的传播

  28. 主要结果

  29. 主要结果

  30. 主要结果 自聚焦情况下涡旋的传播

  31. 主要结果

  32. 主要结果

  33. 主要结果 自散焦情况下孤子的传播

  34. 主要结果

  35. 主要结果

  36. 主要结果 自散焦情况下涡旋的传播

  37. 结 论

  38. 结论 1. 第一次在ARG介质中实现了超光速的三维时空光子弹。 2. 不同模型(自聚焦、自散焦)可通过参数调节实现。 3. 外势易于实现。 4. 特性：弱光—超光速—易控—稳定 ARG：Active Raman gain

  39. 相关文献： • Hui-jun Li, Yuan-po Wu, and Guoxiang Huang, Stable weak-light ultraslow spatiotemporal solitons via atomic coherence, Phys. Rev. A 84(2011)033816 • Hui-jun Li, Liangwei Dong, C. Hang, and G. Huang, Gain-assisted high-dimensional self-trapped laser beams at very low light levels, Phys. Rev. A 83(2011)023816 • Hui-jun Li, Yuan-po Wu, and Guoxiang Huang,Stable Superluminal Light Bullets and Vortices at Weak Light Level, to be submitted • 个人主页：http://course.zjnu.cn/hjli/

  40. 正在开展的工作 • 利用相干原子介质模拟一些固体物理现象：如Anderson局域等 增加无序的程度

  41. 合 作 者 黄国翔教授 （华东师范大学） 邓鲁研究员 （美国NIST） 杭超副教授（华东师范大学） 林机教授（浙江师范大学） 董亮伟教授（浙江师范大学） 伍渊泼（浙江师范大学硕士）

  42. 谢 谢 大 家 !

More Related