PDF《一维冷原子晶格中相干诱导三光子带隙∗》

物理学报Acta Phys.

Sin. Vol. 63, No.

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034209 一维冷原子晶格中相干诱导三光子带隙? 巴诺1)? 王磊2)? 张岩3) 1)(吉林师范大学物理学院, 四平 136000) 2)(吉林大学物理学院, 长春 130012) 3)(东北师范大学物理学院, 长春 130024) (

2013 年8月11 日收到;

2013 年11 月7日收到修改稿 ) 基于电磁感应透明技术, 将相干耦合的 Tripod 型原子俘获在一维光晶格中并使其呈高斯型分布, 由于介 质的折射率被一维光晶格周期性调制, 从而实现动态调控的三光子带隙结构. 通过求解光场与原子相互作用 密度矩阵方程以及光波在周期性介质中散射的传输矩阵方程, 计算出探测场在相干驱动介质中的稳态反射谱 和透射谱. 计算结果表明: 光子带隙的位置、 宽度以及反射率可以通过改变两个耦合场的失谐、 强度和几何布 拉格失谐来调谐. 关键词: 原子相干, 电磁感应透明, 光子带隙 PACS: 42.50.Gy, 42.70.Qs, 42.50.Hz DOI: 10.7498/aps.63.034209

1 引言量子信息技术将量子力学和信息科学相结合, 不仅促进了人们对物质世界量子本性的理解, 还激 励人们提高对微观量子系统的操纵能力. 当前, 对 大量信息资源的有效存储、 传输和处理已成为量子 信息技术关注的要点, 并吸引越来越多科学家们的 研究热情. 众所周知, 光子具有传播速度快, 抗干 扰能力强以及低损耗等特点, 因此可以作为信息的 理想载体. 但光子又具有难以有效操控的缺点, 研 究发现可以利用强相干激光场与原子相互作用的 量子相干效应对光场有效地进行调控. 电磁感应透 明(EIT) [1?4] 是一种重要的量子相干效应, EIT 是指: 当强耦合场共振作用原子介质时, 由于在不同 跃迁通道之间产生量子相消干涉, 使弱探测场几乎 完全通过原子介质的过程. EIT 技术已经在理论和 实验上得到了广泛的应用, 例如光速调控 [5?7] , 光 信息存储 [8?10] , 电磁感应手性材料 [11,12] , 以及增 强Kerr非线性效应 [13,14] 等. 光子晶体(PC) [15,16] 是20 世纪80 年代由Yoblonovitch 和John 分别提出来的, 光子晶体是 由不同折射率的介质周期性排列的天然或人造的 非均匀材料, 其变化的周期与光子的波长是同一数 量级. 光子晶体的一个重要特征是出现光子带隙 (PBG), 由于 Bragg 散射, 某些频率的电磁波在其 中传播时受到抑制, 而被完全反射, 因此在频谱上 出现带隙.PBG 的存在可以有效地操控光子的传播 行为, 在光通讯领域具有重要应用价值, 所以制备 PBG材料成为世界各国研究的热点. 但是, 传统的 光子晶体一旦制备出来以后, 光子带隙的位置和宽 度就无法改变 [17] , 于是人们不断地探寻实现可调 谐光子带隙的方法. 近来, 一种基于 EIT 效应实现 可调谐光子带隙的方法引起人们的关注. 在驻波 场相干驱动原子系统中, 探测场的折射率在空间上 受到周期性调制, 于是形成一维 (1D)光子带隙 [18] , 并且通过改变驻波场的周期和强度等参数可以调 节带隙的位置和宽度. 人们已经在原子系统 [19?23] 中和掺杂杂质的固体材料 [24,25] 中实现了可调控单 光子带隙, 而且随着深入地研究也在不同模型中获 ? 国家自然科学基金 (批准号: 11247201, 11247005, 11347137) 资助的课题. ? 通讯作者. E-mail: [email protected] ? 通讯作者. E-mail: [email protected] ?

2014 中国物理学会 Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn 034209-1 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 63, No.