Теоретические исследования квантово-статистических и динамических эффектов в нелинейных оптических системах

• Автор: Васильев, Николай Александрович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 91 с. : ил.

ГЛАВА 1. Генерация субпуассоновского света: обратная связь "фототок от спонтанного излучения - накачка"
§ 1.1 Спектроскопия флуктуаций интенсивности излучения, пеклассические состояния световых полей

§ 1.2 Балансные скоростные уравнения с ланжевеновскими источниками дробовых шумов

§ 1.3 Снижение флуктуаций интенсивности при различных функциях передачи ЦОС

§ 1.4 Выводы по главе

ГЛАВА 2. Квантовые флуктуации света на выходе из резонатора с абсорбционной бистабильностью при произвольной статистике фотонов на входе

§ 2.1 Модель и основные уравнения

§ 2.2 Преобразование статистики света в условиях оптической бистабильности

§ 2.3 Выводы по главе

ГЛАВА 3. Сокращение групповой скорости светового импульса в бозе-эйнштейновском конденсате разреженного газа
§ 3.1 Экспериментальное обнаружение индуцированной прозрачности и сокращения групповой скорости света в бозе-эйнштейновском конденсате разреженного газа
§ 3.2 Нестационарное уравнение Шредингера

§ 3.3 Система уравнений Максвелла-Блоха
§ 3.4 Распространение слабого пробного импульса
ф § 3.5 Решение полной системы уравнений Максвелла-Блоха
§ 3.6 Результаты численного решения системы уравнений Максвелла - Блоха
§ 3.7 Выводы по главе
Заключение
Актуальность исследования.
Исследование квантово-статистических и нелинейных оптических эффектов представляет собой интенсивно развивающуюся область современной физики, находящую применение в спектроскопии флуктуаций интенсивности, прецизионных измерениях, оптической связи, теории обработки изображений.
Избавление от фотонного (дробового) шума, ограничивающего информационную емкость оптических систем связи и точность оптических измерений, остается нерешенной актуальной проблемой современной квантовой оптики [1, 2]. В связи с этим является актуальным поиск способов генерации световых полей с пониженным уровнем шумов.
Исследования бистабильности различных оптических систем ведутся несколько десятилетий, имеют обширную библиографию и отражены во многих монографиях. В настоящее время продолжаются активные исследования этого оптического явления с различных точек зрения [3, 4, 5, 6]. Имеется уже немало работ, в которых оптическая бистабильность рассматривается в связи с квантовым шумом света, в частности, со сжатыми состояниями [6, 7, 8]. Однако насколько нам известно, лишь в статьях [7, 8] исследуется влияние субпуассоновской статистики фотонов падающего света на квантовый шум света на выходе.
В последнее время большой интерес вызывают исследования, связанные с получением бозе-эйнштейновского конденсата (БЭК) разреженных паров щелочных металлов с помощью лазерного и испарительного охлаждений. Успехи в этой области [9, 10, И, 12] сделали возможным изучение новых эффектов когерентного взаимодействия излучения с веществом
В экспериментах [59, 60, 61], по физическим условиям аналогичным [58], продемонстрировано прерывание и последующее восстановление пробного импульса посредством выключения и включения связывающего импульса. Авторы интерпретируют результаты экспериментов как эффекты "оста-новки"и "хранения"света. Данная интерпретация и такого рода терминология вызвали острую критику, основанную на общих положениях классической поляризационной оптики [77, 78, 79].
Для выделения главного эффекта и упрощения расчетной схемы принята одномерная модель - коллинеарное распространение двух волн, пространственная однородность среды. Для сравнения результатов расчетов с экспериментальными, мы выбираем значения параметров, соответствующие одному из вариантов измерений в [58] (при условиях, когда измеренная групповая скорость пробного импульса оказалась равной Уд яз 32.5 м/с). Однако мы не стремились в рамках принятой модели добиться полного количественного совпадения теоретических результатов с данными [58], поскольку в эксперименте присутствовали осложняющие детали.
§3.2 Нестационарное уравнение Шредингера
Считая падающие лазерные пучки квазирезонансными с одним из электронных переходов в атоме, каждый атом будем рассматривать как трехуровневую электронную систему. Атом будем характеризовать не только его электронным состоянием, но и состоянием поступательного движения с определенным значением импульса. Мы предполагаем, что в исходном состоянии все атомы находятся в основном электронном состоянии с по-