磁光控制原子系综中暗态极化子的布洛赫振荡

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根据现代多体理论,基本粒子和准粒子都是构成物质的基本成份,都具有波粒二象性。然而,准粒子与基本粒子不同的是,准粒子是许多基本粒子的集体激发。当一束光入射到介质时,光子与介质中原子系综的集体激发也形成准粒子。在发生电磁诱导透明的介质中存在两类极化子——暗态极化子和亮态极化子。本论文主要研究暗态极化子在空间分布不均匀的磁场中的动力学行为。研究的出发点是描述暗态极化子空间运动的有效薛定谔方程,这个方程是使用平均场理论导出的。然后我们采用特定波包描述这种准粒子的初态,并计算了周期性横向分布磁场和横向线性磁场共同存在下暗态极化子波包的动力学演化。发现暗态极化子的粒子性——具有磁矩,使得波包的中心在空间呈现出周期性的往复运动。借用固体物理学中术语,我们将暗态极化子的这种周期性的往复运动称为暗态极化子的Bloch振荡。论文分成五章:   第一章是绪论,简单介绍了电磁诱导透明现象研究的历史和现状。   第二章首先介绍了有关电磁诱导透明的一些基本理论,主要为基于单原子图像的半经典理论和基于原子系综集体激发图像中的EIT处理方法;随后介绍了固体系统中单个电子的布洛赫振荡的一些基本理论。   第三章介绍Phys.Rev.A81,063427(2010)中的研究内容,即由A型三能级原子,弱探测光场和强控制光场,及外加磁场构成的系统所激发的“单分量”暗态极化子的空间运动,其中磁场在垂直于探测光传播方向(以下简称横向)上存在搓衣板形的变化。   考虑到在EIT介质根据探测光的偏振不同,在EIT系统低激发情况下,会形成与探测光偏振特性相同的暗态极化子。因此,在第四章我们研究了具有三脚架结构的四能级原子系综与磁场,强控制光和一束线偏振光相互作用的系统。发现在EIT条件下,入射的探测光与原子系综产生了一个两分量暗态极化子,当外加磁场为周期性横向分布和线性横向分布磁场的共同叠加时,暗态极化子两分量所具有的不同有效磁矩造成了它们的波包在空间运动的分离,从而此系统中的暗态极化子呈现出两条不同的运动轨迹。并且还可以通过选择不同的原子能级来改变暗态极化子不同分量的空间运动。我们还使用了具体的实验参数探讨了观察到多分量暗态极化子空间运动的可能性,发现通过选择原子能级可使其中一个分量的波包中心在空间沿直线运动,而另一个波包中心作布洛赫振荡。   第五章即最后一章,是对本文工作的总结和展望。
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