Когерентные эффекты резонансных взаимодействий многочастичных атомных систем и электромагнитного поля

• Автор: Прохоров, Алексей Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Глава 1 Атомно-оптические взаимодействия в квантовых газах и твердом теле

1.1. Квантовый бозе-газ атомов: способы формирования и методы описания

1.2. Квантовые возбуждения в бозе-конденсате: собственные спонтанные и индуцированные внешними электромагнитными полями

1.3. Оптические импульсы в резонансных атомных средах

1.4. Распространение света в сложноструктурированных оптических средах. Фотоннокристаллические оптические волокна
1.5. Практические проблемы современной квантовой оптики. Неклассические состояния света. Квантовые алгоритмы

1.6. Выводы к главе

Глава 2 Взаимодействие квантового бозе-газа с электромагнитными

полями радиочастотного диапазона

2.1. Основные уравнения. Стационарные перепутанные состояния конденсата и поля

2.2. Квантовая динамика конденсата

2.3 Квантовые флуктуации, фазовые корреляции и статистика атомов
бозе-ко нде нсата
2.4 Поляризационные состояния квантованного электромагнитного поля и бозе-конденсата атомов
2.5 Выводы к главе
Глава 3 Нелинейное управление распространением световых импульсов в допированных оптических волокнах
3.1. Нелинейный анализ Л -схемы взаимодействия в допированном волокне. Основные уравнения
3.2. Оптические свойства допированного волокна. Нелинейная компенсация
3.3. Динамика пробного импульса в допированном волокне

3.4. “Сверхсветовые” режимы распространения оптических импульсов
3.5 Выводы к главе
Глава 4 Нелинейные атомно-оптические взаимодействия в бозе-газах: новые
методы генерации неклассического света
4.1 ЭИП в многоатомной системе бозе-конденсата
4.2. Генерация квадратурно-сжатого света в бозе-конденсате
4.3. Выводы к главе
Заключение
Список литературы

Изучение процессов когерентного взаимодействия вещества и поля представляет собой фундаментальное направление в современной атомной физике и квантовой оптике. Понимание основных законов и правильное использование математических методов для их описания является ключевым моментом на пути решения этой проблемы. Эксперимент здесь играет особую роль. Лишь благодаря заметному скачку в области доступных экспериментаторам технологий при исследовании атомно-оптических взаимодействий в последние годы стало возможным наблюдение целого ряда уникальных физических явлений и процессов. Успехи лазерного охлаждения атомов позволили получить бозе-эйнштейновский конденсат (БЭК) в ловушке, в свою очередь, эксперимент по взаимодействию полученного конденсата со световыми полями позволил наблюдать режим “медленного” света, когда значение групповой скорости пробного импульса становится порядка 10 м/с. Следующим шагом на этом пути может стать создание бозе-лазера, генератора высококогерентного оптического излучения, где в качестве рабочего тела выступает бозе-конденсат.
Не меньший интерес представляет и другое, альтернативное направление по изучению взаимодействия света с веществом - нелинейные оптические процессы в твердом теле, в частности - в неоднородных резонансных средах с кристаллической либо аморфной структурой. В первую очередь, сюда следует отнести пространственно-периодические фотонные кристаллы и решетки, а также специального вида сложнострутктурированные, в том числе полые оптические волокна. Интерес к этой области исследований связан с возможностями постановки сравнительно более простых и наглядных по сравнению с физикой низких температур экспериментов, что определяет широкие перспективы использования таких систем для практических целей и в приложениях. Наблюдаемые в них эффекты самозахвата светового излучения позволяют надеяться на создание в ближайшем будущем нового класса оптических запоминающих устройств, в том числе - квантовой памяти. Возможность внешнего управления параметрами плененного внутри таких структур света позволяет предложить сверхбыстрые переключающие устройства для целей оптической связи и оптической обработки информации. Задача нелинейного управления параметрами световых импульсов в неод-

что является более удобным при обсуждении процедур предельных измерений в квантовой оптике. Таким образом, параметры 8(/ (8р) определяют
относительную ошибку измерения координаты (импульса) сжатых состояний света по стандартному уровню когерентных шумов. Важно, что в случае, когда одна из величин 5С{ или 8р опускается ниже единицы, можно говорить об
^ улучшение разрешающей способности измерений и их выводе за рамки
стандартного квантового предела.
Одним из методов для реализаций сжатия оптических квадратур является использование резонансной флоурисценции в двухуровневых атомных систем [128]. Однако, с практической точки зрения двухуровневая модель оказывается мало пригодной, поскольку в ней не могут быть достигнуты нелинейные фазовые набеги, необходимые для эффективного сжатия на приемлемых длинах активной зоны. Поэтому в одной из первых экспериментальных работ [129] по генерации сжатого света в многоатомных системах использовался процесс четырехволнового смешения. Пучек атомов натрия направлялся перпендикулярно к оптической оси резонатора, в пробной моде которого генерировался амплитудно-сжатый свет. Для достижения больших значений нелинейности использовалось дополнительное поле оптической накачки, частота которого была настроена к условиям атомно-оптического резонанса. Достигнутое значение сжатия составляло всего 10% по уровню вакуумных шумов. В последующей работе [130] по оптическому сжатию снова использовались два поля - накачки и пробное, распространяющиеся в кольцевом интерферометре, в одном из плечей ♦ которого находилась ячейка с атомами натрия. Уровень сжатия оптических
квадратур в этой работе составлял уже более 50%.
Когда речь идет о изучении квантовых свойств двухмодовых полей, обычно используется формализм алгебры Ли с симметрией 811(2). В ее рамках определяются четыре эрмитовых оператора Стокса 5^ (/=0,1,2,3):
50 =а1+а1+«2а2’ *^1 =аа ~а2а2> (1.65а,б)
^ =а]+а2+а^а1, 53 = -а^а2), (1.65в,г)