光與二能級(jí)原子的相互作用

光與二能級(jí)原子的相互作用二能級(jí)原子與光場(chǎng)的相互作用是最基本的模型，如圖1為二能級(jí)原子與光場(chǎng)的相互作用。CD圖1二能級(jí)原子與光場(chǎng)的相互作用CD如圖1所示，頻率為u的單模光場(chǎng)與二能級(jí)原子系統(tǒng)相互作用。不考慮外界因素的影響，分析光場(chǎng)與原子相互作用。其中，|昉表示激發(fā)態(tài)，的表示基態(tài),原子在上下能態(tài)之間作簡(jiǎn)諧振蕩，其中拉比頻率為。，原子躍遷頻率為①，探測(cè)光的失諧量為A=激發(fā)態(tài)到基態(tài)的自發(fā)輻射衰減率為「，相干衰減率為Y=(/,?+/?)/2,二能級(jí)的電偶極矩矩陣元為=e｛m\r\n)。該系統(tǒng)的總哈密頓量由自由哈密頓和光與原子相互作用的哈密頓d。系統(tǒng)的總哈密頓量為“=+乜。4=%㈤昉(同+力聞必川(3.1.2)方tlHx=--Cle~lvt喻8--(3.1.3)根據(jù)考慮耗散作用的密度矩陣方程：°=夕］-’｛「,「｝方2A=Z〈HikPkj-PkjHk)--ZWikPkj-PkFk)(3.1.4)幾k乙k利用可以得到:"m=一「%+不。1'%一不。；*%

??p=Tp+2Q"""--￡le-ivtprnnrnn?rmn?rnm*(3.1.5)Prnn=(1%〃+Y)Pmn+\(夕〃〃一P篇做慢變振幅近似有:pmn=pmneivt,pmm=pmm,pnn=pnn(3.1.5)Pmm=_「Pmm+~^Pnm~PmnTOC\o"1-5"\h\z乙乙??良瓦皿-；。①〃乙乙工Pmn工Pmn工Pmn二(，△工Pmn二(，△-7)瓦7〃+|。(瓦〃-Pnun)(3.1.6)(3.1.7)(3.1.8)f?ff力=力+7=2N|e〃/萬3

4力。(3.1.9)由系統(tǒng)封閉條件:(3.1.7)(3.1.8)f?ff力=力+7=2N|e〃/萬3

4力。(3.1.9)令方程左邊倒數(shù)部分為零，求解可得：?_Q2//2(/2+A2)PmLr+Q2//(/2+A2)?_「+Q2y/%2+Aj)P"n=r+Q2//(/2+A2)?_zTQ/2億〃〃一(/-zA)[r+Q2//(/2+A2)由極化強(qiáng)度關(guān)系：P=!%目於一"'+℃]=H〃"/八'+cc由此得到探測(cè)光極化率的實(shí)部/和虛部/,它們分別表示色散和吸收，二M八仿'一莉/;A?)/%(3.1.10)(3.1.10)(3.1.10)Z~^P+A2)^(3.1.10)其中，令人〃=L方〃〃〃=。，原子數(shù)密度為N，真空介電常數(shù)為4，繪制出探測(cè)光的吸收和色散隨其失諧量變化的曲線，如圖2所示。260???260???1oOUO0①dsQpufuUo4d」osq<-0.6-5.0-2.50.02.55.0Theprobedetuning(A/y)圖2探測(cè)光的吸收和色散隨其失諧量變化，紅色虛線表示色散，藍(lán)色實(shí)線表示吸收。如圖2所示，可見在光與二能級(jí)原子處在共振狀態(tài)時(shí)，雖然有強(qiáng)烈的色散,但同時(shí)也很大的吸收。在遠(yuǎn)離共振處時(shí)，吸收和色散都很小。在低損耗條件下,實(shí)現(xiàn)近共振處的線性以及非線性光學(xué)效應(yīng)都是十分不利的。而EIT效應(yīng)卻可以有效地降低介質(zhì)對(duì)光的吸收，同時(shí)增強(qiáng)色