Когерентные эффекты в динамике резонансных атомных и молекулярных систем, взаимодействующих с классическими и квантовыми световыми полями

• Автор: Носков, Максим Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Глава 1 Обзор литературы

1.1 Современные методы исследования когерентной фемтосекундной динамики молекул

1.2 Использование когерентных свойств среды для сохранения

и обработки классической и квантовой информации

1.3 Заключение

Глава 2 Динамика двухуровневого атома при взаимодействии с многоимпульсными лазерными полями с плавно меняющейся во времени амплитудой

2.1 Постановка задачи

2.2 Динамика и возбуждение двухуровневого атома, взаимодействующего с нерезонансными импульсами с плавно меняющейся во времени амплитудой

^ 2.3 Спектральные особенности двухимпульсного возбуждения

2.4 Физический анализ

2.5 Выводы к Главе
Глава 3 Исследование квантовой фемтосекундной динамики димеров в технике “накачка - зондирование”
3.1 Физическая модель
3.2 Взаимодействие с квантовым полем

3.3 Зондирование квантовой когерентности лазерным полем
3.4 Численный анализ сигнала люминесценции
3.5 Выводы к Главе 3
Глава 4 Спектральные и пространственные эффекты в реализации квантовой памяти на основе однофотонного эха в газах
4.1 Физическая модель
4.2 Запись и сохранение квантового состояния света
4.3 Восстановление записанного квантового состояния
4.4 Численный анализ спектральных параметров восстановленного поля
4.5 Квантовая память в трехмерной среде
4.6 Излучение эхо-фотона в объемной среде
4.7 Влияние движения атомов и дифракции света на восстановление квантового состояния света
4.8 Выводы к Главе 4
Заключение
Список цитированной литературы
Список основных публикаций автора
Приложение 1 Таблица частных значений параметров нерезо-(ф нансного взаимодействия

Актуальность темы
Понятие когерентности лежит в основе современных представлений о фундаментальных свойствах материи и поля. Как известно, свойствами когерентности могут обладать электромагнитные поля (ансамбли фотонов), а также вещества (атомы, молекулы, их ансамбли) в определенных квантовых состояниях. Известным примером когерентного состояния материи, отражающим ее единую с полем природу, является бозе-конденсат атомов. Наиболее ярко свойства квантовой когерентности также проявляются в динамике атомных и молекулярных систем, взаимодействующих с лазерным излучением. Изучению такого рода когерентных эффектов посвящена настоящая диссертация, где когерентность среды определяется свойствами суперпозиции различных электронных, колебательных и вращательных состояний отдельных молекул, а также их коллективных состояний, и реализуется при взаимодействии с классическими и квантовыми световыми полями.
В настоящее время исследования когерентных взаимодействий атомных и молекулярных систем со светом являются одним из важнейших и наиболее динамично развиваемых разделов лазерной спектроскопии, когерентной и квантовой оптики, квантовой электроники, новой области исследований - квантовой информатики, а также в последнее время привели к развитию отдельного направления исследования в химической физике - фемтохимии. Изучение макроскопической когерентности привело к открытию таких явлений как самоиндуцированная и электромагнитно-индуцированная прозрачность, фотонное эхо, сверхизлучение, затухание свободной индукции и ряда других [1], которые лежат в основе современных способов оптической обработки информации, лазерного охлаждения в системе атомов или молекул, безинверсной гегде Г2і,г(і) = d£lt2{t)/(2h) (см. также (2.3)) и введены функции p(t) = Cî(t)C2(t) + Ci(t)CS(t) и q(t) = C;(t)C3(t) - Сг(і)С^і).
Перепишем выражение (2.26) для среднего значения дипольного момента (d(t)), используя функции p(t) и q(t):
(d(t)) = d[p(t) cos{wo<} — iq(t) sin{wof}]. (2.29)
# Используя (2.28) и (2.29), находим для w(t):
^ w = ^ (d(t)) [£i(i) sin{o!it} + E2(t) sin{w2i}]
- ^ E(t) [p(i) sm{w0*} + iq{t) cos{w0t}]
= - вд^<ед>]. (2-30)
где E(t) = £i(t) cosjwii} + £2(t) cos{w2t} (см. (2.2)) и учтено, что функции p(t), q(t) и амплитуды лазерных импульсов £1 i2(t) медленно меня-Q ются во времени (w0p(i) » q(t), woq(t) » p(t), wi)2£ii2(<) » £1,2(0) и
W<2 2^ WoИспользуя (2.30), проинтегрируем уравнение (2.27) по времени. Выполняя интегрирование по частям, учитывая, что E{t = ±00) = 0, получим следующее выражение для поглощенной энергии (5Но) (ср. [118]):

(6Н0) = (5Н0(оо)> - (SHo(-oo)) = Jàt (d(t))^ E(t). (2.31)
—ОО
0 Выражение (2.31) удобно для анализа спектральных особенностей поглощения атомом энергии. Применяя к (2.31) теорему Винера-Хинчина [1], имеем:
ОО ОО
(5Н0) = 2тrJdÜÜ [(dc{ü))Es{Q) - {ds{Q))Ec(Cl)] = JсШ (<5tf0(fi)>,
—ОО —ОО
(2.32)