Когерентные эффекты резонансных взаимодействий многочастичных атомных систем и электромагнитного поля (1103415)
Текст из файла
На правах рукописиУДК 621.373ПРОХОРОВ АЛЕКСЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧКОГЕРЕНТНЫЕ ЭФФЕКТЫ РЕЗОНАНСНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙМНОГОЧАСТИЧНЫХ АТОМНЫХ СИСТЕМ ИЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯСпециальность 01.04.21 – лазерная физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква 2005Работа выполнена на кафедре физики и прикладной математикиВладимирского государственного университета.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Аракелян Сергей МартиросовичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Кулик Сергей Павловичкандидат физико-математических наук,доцент Чижов Алексей ВладимировичВедущая организация:Санкт-Петербургский государственныйуниверситетЗащита состоится "__23_"__июня__ 2005г.
в 15_ часов на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.31 в Московском государственномуниверситете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, Москва,Ленинские горы, МГУ, ул.Академика Хохлова, дом 1, корпус нелинейнойоптики, аудитория имени С.А.Ахманова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова.Автореферат разослан " 23 "__мая___ 2005г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.31кандидат физико-математических наук,доцентТ.М.Ильинова1ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы.
Изучение процессов когерентного взаимодействия электромагнитного поля с резонансной средой представляет собойфундаментальное направление в современной атомной физике и квантовойоптике. Выяснение основных закономерностей и разработка соответствующих математических методов их описания достигли значительногопрогресса в последние годы благодаря существенным достижениям в эксперименте для атомно-оптических взаимодействий. Действительно, успехилазерного охлаждения атомов позволили осуществить прорыв атомной оптики в область сверхнизких температур на примере реализации уникального физического состояния вещества – бозе-эйнштейновского конденсата(БЭК).
Оно характеризуется высокой степенью когерентности атомнойсистемы, что позволяет проводить целый ряд принципиальных экспериментов при условиях, которые допускают детальное теоретическое описание. Для таких квантовых состояний вещества происходит, например, коллапс и возрождение (т.е. сжатие и расплывание во времени) волновойфункции БЭК, наблюдается замедление групповой скорости при распространении пробного оптического импульса, а также эффекты пленения иквантовой памяти в связанной системе поле-среда. Эти и другие фундаментальные по своей сути явления, наблюдаемые в эксперименте, определяются высокой степенью когерентности атомно-оптических взаимодействий в БЭК и представляют новое направление современной лазерной физики. Рассмотрение динамики таких когерентных взаимодействий в условиях реализации резонанса электромагнитного (светового) поля с многоуровневой атомной системой и является одним из основных предметов исследования в диссертации.Другой тип задач, представленных в диссертации, определяется таким актуальным направлением современной нелинейной и когерентнойоптики, каким является разработка методов управления нелинейнооптическими процессами при распространении лазерных импульсов и пучков в пространственно-неоднородных средах с высокой эффективностьюнелинейных преобразований (гигантские нелинейности) в условиях реализации многопараметрических дисперсионных соотношений.
Речь идет, вчастности, о неоднородных резонансных средах с кристаллической и/илиаморфной структурой – фотонных кристаллах, специального типа сложноструктурированных полых газозаполненных и допированных оптическихволокнах и др. Интерес к этой области исследований связан с возможностями реализации конкретных схем управления светом с помощью светана новой элементной базе, когда удается заданным образом управлять ам-2плитудно-фазовыми характеристиками проходящего через такие среды излучения в относительно слабых с высокими когерентными свойствами оптических полях. Это определяет широкие перспективы использования таких систем для практических целей и в приложениях.
Например, наблюдаемые в них эффекты пленения для световых импульсов позволяют надеяться на создание в ближайшем будущем нового класса оптических устройств, реализующих оптическую память. Возможность внешнего управления параметрами плененного внутри таких структур света позволяетпредложить сверхбыстрые (фемтосекундные) переключающие устройствадля целей оптической связи и оптической обработки информации.
Такогокласса задачи рассмотрены в диссертации для случая нелинейного управления параметрами световых импульсов в неоднородных, допированныхрезонансными атомами, оптических волокнах.Целью диссертационной работы является исследование коллективныхкогерентныхэффектоввзаимодействияэлектромагнитных/оптических полей с многоатомными системами в условиях резонансаи рассмотрение новых физических принципов управления такими процессами. Основной акцент сделан на выяснении особенностей формированияи эволюции индуцированных воздействием внешних электромагнитныхполей неустойчивостей в БЭК и возможности управления развитием когерентных нелинейных атомно-оптических взаимодействий в многоатомныхсистемах.
В практическом плане предложены эффективные схемы генерации неклассических состояний световых полей в бозе-газе и заложены основы для разработки новых устройств оптической обработки информациина базе допированных оптических волокон с примесными резонанснымиатомами.Основные задачи, решаемые в работе:1. Проведен анализ стационарных квантовых состояний и развитияквантовых динамических процессов в БЭК двухуровневых атомов в одномодовом электромагнитном/радиочастотном поле.2.
Исследовано формирование нелинейного отклика многочастичнойатомной среды при реализации Λ -схемы резонансного взаимодействиятрехуровневых атомов со световыми полями.3. Рассмотрены различные режимы распространения оптических импульсов в средах с гигантским нелинейным откликом – допированных оптических волокнах.4. Предложены новые способы генерации неклассических атомных исжатых оптических состояний в процессе взаимодействия БЭК с электромагнитными полями.3Научная новизна работы заключается в следующем:1. Выполнен детальный анализ формирования стационарных квантовых состояний и развития динамических процессов в многоатомном БЭК,взаимодействующем с модой электромагнитного/радиочастотного поля.Обоснована возможность генерации нового типа связанных фазовокоррелированных состояний атомов БЭК и электромагнитного поля.2.
Развита теория нелинейного атомно-оптического когерентноговзаимодействия в условиях резонанса в схеме, когда слабый пробный оптический импульс распространяется в резонансной среде в присутствиисильного лазерного излучения накачки. Предложен новый способ управления оптическими свойствами таких сред посредством изменения интенсивности пробного поля, позволяющий изменять коэффициенты поглощения и дисперсии среды и получать режимы частичной либо полной компенсации их влияния.
Найдены условия, при которых коэффициенты керровской нелинейности и нелинейного поглощения среды принимают гигантские значения и могут быть отрицательными.3. Впервые рассмотрен эффект электромагнитной индуцированнойпрозрачности в допированном примесными атомами оптическом волокне/волноводе и предложена новая схема эффективной компрессии огибающей пробного импульса при его распространении в такой системе.4. Предложен новый метод эффективной генерации неклассическихсостояний световых полей в БЭК на основе Λ -схемы атомно-оптическоговзаимодействия.Практическая значимость работы.
Разработанная в диссертацииметодика расчета нелинейного квантового отклика многочастичной атомной среды во внешнем электромагнитном поле на примере Λ -схемы резонансного взаимодействия дает возможность внешнего управления оптическими параметрами таких сред и позволяет заложить основы нового классаоптических устройств с контролируемыми значениями параметров нелинейности, дисперсии, оптических потерь. Перспективным в этом аспектеявляется допированное редкоземельными атомами оптическое волокно,которое может быть также использовано для эффективной компрессии оптических импульсов. На основе рассмотренной Λ -схемы взаимодействия вБЭК предложен новый метод генерации неклассических состояний световых полей, который может быть использован при создании высококогерентных лазерных источников излучения.
Результаты, полученные в диссертации, могут найти также применение при разработке новых физических принципов оптической обработки информации и кодирования квантовой информации.4Основные положения, выносимые на защиту:1. Процесс квантового взаимодействия БЭК двухуровневых атомов содномодовым электромагнитным/радиочастотным полем приводит к формированию в среде стационарных атомно-полевых состояний и генерациираспространяющихся коллективных (спиновых) возмущений среды, обладающих высокой степенью когерентности.2.
При реализации Λ -схемы когерентного резонансного взаимодействия оптических полей со средой в допированном редкоземельными атомами оптическом волокне оказывается возможным управление нелинейным откликом среды посредством выбора интенсивности и частоты отстройки от резонанса пробного светового импульса, что приводит к различным режимам распространения света и изменению его амплитуднофазовых характеристик.3. Взаимодействие БЭК трехуровневых атомов с внешними оптическими полями в условиях электромагнитной индуцированной прозрачности приводит к эффективной генерации квадратурно-сжатого света в модепробного поля на малых пространственных масштабах.Апробация работы.
Материалы диссертационной работы докладывались на Международных конференциях по сжатым состояниям и соотношениям неопределенности (ICSSUR’1999, Неаполь, Италия, 1999,ICSSUR’2001, Бостон, Массачусетс, США, 2001 и ICSSUR’2005, Besancon,Франция, 2005); на Российской гравитационной конференции (Владимир,1999); на Всероссийской молодежной научной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике(С.-Петербург, 1999); на Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2000: молодежь и наукана рубеже XXI века" (Москва, 2000); на Международной конференции поквантовой оптике (ICQO'2000, Раубичи, Беларусь, 2000); на ШведскоРоссийском семинаре по перепутанным квантовым состояниям(SRWEQS’2000, С.-Петербург, 2000); на Международном симпозиуме посовременным проблемам лазерной физики (MPLP'2000, Новосибирск,2000); на Российско-Германском лазерном симпозиуме (RGLS'2000, Суздаль, 2000); на Международных конференциях по когерентной и нелинейной оптике – ICONO'2001, Минск, Беларусь, 2001 и ICONO'2005,С.-Петербург, 2005; на Российско-Французском лазерном симпозиуме(RFLS'2001, Суздаль, 2001); на Международной конференции "Лазерные илазерно-информационные технологии: фундаментальные проблемы и приложения" (ILLA'2001, Владимир-Суздаль-Шатура, 2001); на Международной конференции по квантовой оптике (ICQO'2002, Раубичи, Беларусь,52002); на Международной конференции по квантовой электронике(IQEC/LAT-YS 2002, Москва, 2002); на Российско-польской конференциипо квантовой физике и коммуникациям (QPC’2002, Дубна, 2002); на Российско-Французском лазерном симпозиуме для молодых ученых(С.-Петербург – Пушкин, 2004); на Школе-семинаре для молодых ученых“Квантовые измерения и физика мезоскопических систем” (КИФМС’2005,Суздаль-Владимир, 2005).Публикации.
Основное содержание диссертации опубликовано в 17основных публикациях, список которых приведен в конце автореферата.Личный вклад автора. Результаты, представленные в диссертации,получены автором лично; выбор общего направления исследований ипринципиальная постановка рассматриваемых задач осуществлялись совместно с научным руководителем. Автору принадлежит самостоятельноеисследование конкретных проблем и решение соответствующих задач,включая как расчетную часть, так и интерпретацию результатов.Структура и объем диссертации.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
