艾里光束在四能级电磁感应透明原子蒸气中的传输和调控外文翻译资料

艾里光束在四能级电磁感应透明原子蒸气中的传输和调控

摘要：我们研究了艾里光束在四能级电磁感应透明原子蒸气中的传输性质，艾里光束通过EIT介质的ABCD矩阵解析表达式被推导出来，并用于分析艾里光束的传输特性。研究表明，艾里光束的位置偏转和光强变化能够通过拉比频率来进行调控。这样一种可调速的光学行为可以在医学方面有一些潜在的应用。

关键词：电磁感应透明 关键词2拉比频率

在过去的几年里,艾里光束的传播引起了人们大量的关注。Siviloglou等人在理论上和实验上对艾里光束的研究展示了光束不同寻常的性质。比如说长程衍射自由和自加速偏转。这些特殊的性质吸引了许多科学家的关注，并且设计除了艾里光束作为一种优秀的光束用于微观粒子的捕获、等离子体能量传输还有光学显微镜，另外可利用艾里光束实现扫描微观显微镜。

在近几年中，很多的研究工作致力于艾里光束的加速控制和轨道运动。这些性质显示，调控艾里光束的自加速偏转和强度分布，是非常重要的。另外，电磁感应透明（EIT）是一门消除光速在介质中传输效应的技术。EIT技术展示出对光学性质依赖于控制外场，EIT材料有很多的应用，比如说光束的聚焦和减速。

近年来，我们研究了随机电磁光束通过基于EIT蒸汽的复合光子晶体的材料的传输。并且展示了艾里光束的光谱密度和交叉普密度可通过拉比频率进行调控。除了传统的三能级效应以外，一些四能级系统能够展示出非同寻常的双控量子相干效应，并引起了研究者广泛的光束。举一个例子来说（看图1的能级图），我们能够三能级暗态对探针光的跃迁进行调控。而且这个态可以导致双控量子相干效应。在这篇论文中，我们将报告艾里光束通过四能级EIT原子蒸汽的传输与调控。通过引入ABCD理论和惠更斯积分原理，推导出艾里光束通过EIT介质的解析表达式。因为EIT蒸汽的折射率随着控制光的拉比频率而变化，这个计算结果将会展示出艾里光束的自加速偏转和强度分度，将会敏感的随着拉比频率的变化而变化。考虑一个具有三个较低能级|1gt;、 |2gt;、 |2rsquo;gt;和一个较高的|3gt;四能级系统（看图1）

这样一个原子系统，可以在中性的鲁比-铟原子中找到，例如{ ；； ；}；它可以与三个光场相互作用（即两个控制级光束和一个探针级光束）。这三个光场与以下的能级进行耦合|2gt;minus;|3gt;,|2^rsquo;gt;minus;|3gt;和|1gt;minus;|3gt;，三个频率失谐,,，定义如下: ,和,表示原子跃迁频率, ，，分别代表控制光和探测光束的模频率。

图1. 三能级位型系统示意图：由于探针光与控制光所驱动的跃迁之间发生相消量子干涉，原子气体介质对探针光呈现透明效应，且气体光学性质强烈依赖于控制光等外界条件。

EIT原子的相对电介电常数蒸汽是[19]

, (1)

其中N表示原子的原子浓度蒸汽和beta;_e原子微观电极化率的表达式

其中是 |1gt;、 |3gt;之间过渡的电偶极子，ε0是真空介电常数和 ℏ 是减少的普朗克常数。D 函数分母中的给出

在 Gamma;₃ 和 gamma; ₂，gamma;₀₂ 分别表示自发辐射率和跃迁率时， Omega;_c，Omega;_c0 是控制场的两个控制频率。

然后我们考虑一维轴方程的电场 u（xi;，S） ； 传播的动力学行为满足傍轴方程 [1]：

当 s =x ₁/ x ₀意味着一个无量纲的横向坐标,x₀是一个任意的横向尺度, xi; =z /kx₀² 是一个归一化的传播的距离，和 k = 2pi;n /lambda;₀ 是光波的波数。

众所周知，原子蒸气的 ABCD 矩阵的解析式可表示如下 [20]：

其中 n = Reε 是关于蒸汽的折射率的解析式，其中z是传播的距离。我们可以很明显的看出通过对拉比频率的调制可改变折射率，从而实现EIT材料的控制。

当艾里光束穿过 EIT 蒸气时，电场对任何平面 z gt; 0 还可以基于扩展惠更斯-菲涅耳积分 [20] 导出：

当

表示电场的能量有限的艾里光束在最初的平面 [3]。衰减因子a₀是一个积极的数量，以确保这种光束的物理实现。

通过使用 Airy 函数的定义

之后我们整理和积分的方程（5），可以得出

其中 C =（ADminus;1）/B 是 ABCD 矩阵的元素。我们还可以定义

作为艾里光束偏转系数。因此只取决于元素的 ABCD 矩阵 A 和 B。

现在我们将探讨偏转调制通过EIT原子蒸气Airy光束的强度。在下面的数值算例，所得原子蒸汽参数作为原子数密度,频率失谐Rabi频率，衰减率和跃迁偶极空气的光束参数分别为和。

图2显示的偏转位置艾里光束沿Z方向传播的不同Rabi频率调制。我们可以看到梁的挠度系数减小，随着Rabi频率的增加

图2 （有颜色的线）通过与Rabi频率的EIT蒸气中的有限能量Airy光束传播的横向位置的变化（a）（b）（c）；

（d）。

图3 （有颜色的线）传播动力学 （归一化强度） 的能量有限艾里光束经过蒸气解析式与不同的拉比频率（a）（b）（c）；（d）。

在图3中，我们展示传播动力学的能量有限艾里光束通过原子蒸气的解析式。拉比频率更改范围从 6.0 times; 10⁷ 赫兹到 1.5 times; 10⁸ Hz，折射率的蒸气解析式中折痕非线性与拉比频率。根据对方程(9) 及 (10) 挠度系数和艾里光束的强度可以敏感地切入的拉比频率。当拉比频率越小时，光束弯曲严重 ；同时，图3 (a)所示能量包的快速扩散。相反，当拉比频率的增大，能量包扩散如图3 (d)所示。

在输出平面 z =300 毫米时，我们发现艾里的发光度分布光束偏转，x =0.3 毫米与不同的拉比频率，图 4所示，我们发现可以通过拉比频率调制束的强度。当拉比频率从 Omega;c₀ = 5.0 times; 10⁷ Hz 到 1.2 times; 10⁸ Hz强度光束是振荡，并出现在附近的 Omega;c⁰= 9.56 times; 10⁷ 赫兹的最大阈值强度值。

结论：我们研究了因为有限能量艾里光束通过四能级原子蒸汽的传输性质，计算结果显示，艾里光束的偏转系数和光强分布，可以通过控制光的拉比频率进行调控。因为用控制光的拉比频率对艾里光束进行调控是方便而有效的，在本论文中的研究结果，将在光学器件设计中具有潜在的利用价值。（光学微控技术）这些光学器件可以应用于医学中。

图4 （有颜色的线） 变化强度的艾里光束在积极的位置 （x =0.3 毫米，z =300 毫米） 时的拉比频率。

这项工作由部分国家自然科学基金会的中国 (国家自然科学基金） （11074219、 11174250、 11104055) 和浙江省的自然科学基金 （LY12A04011、 R1090168、 Y6110271 和 Y6100280）支持。

外文文献出处：

1. G. A. Siviloglou and D. N. Christodoulides, Opt. Lett. 32, 979 (2007).
2. G. A. Siviloglou, J. Broky, A. Dogariu, and D. N. Christodoulides, Phys. Rev. Lett. 99, 2139011 (2007).
3. J. E. Morris, M. Mazilu, J. Baumgartl, T. Cizmar, and K. Dholakia, Opt. Express 17, 13236 (2009).
4. P. Polynkin, M. Kolesik, J. V. Moloney, G. A. Siviloglou, and
   1. N. Christodoulides, Science 324, 229 (2009).
5. T. Ellenbogen, N. Voloch-Bloch, A. Ganany-Padowicz, and
   1. Arie, Nature Photon. 3, 395 (2009).
6. J. Baumgartl, M. Mazilu, and K. Dholakia, Nature Photon. 2, 675 (2008).
7. A. Salandrino and D. N. Christodoulides, Opt. Lett. 35, 2082 (2010).
8. A. Chong, W. H. Renninger, D. N. Christodoulides, and F. W. Wise, Nature Photon. 4, 103 (2010).
9. Z. Ye, S. Liu, C. Lou, P. Zhang, Y. Hu, D. Song, J. Zhao, and
   1. Chen, Opt. Lett. 36, 3230 (2011).
10. Y. Hu, P. Zhang, C. Lou, S. Huang, J. Xu, and Z. Chen, Opt. Lett. 35, 2260 (2010).
11. I. Kaminer, M. Segev, and D. N. Christodoulides, Phys. Rev. Lett. 106, 213903 (2011).
12. S. E. Harris, Phys. Today 50, 36 (1997).
13. R. R. Moseley, S. Shepherd, D. J. Fulton, B. D. Sinclair, and
    1. H. Dunn, Phys. Rev. Lett. 74, 670 (1995).
14. R. R. Moseley, S. Shepherd, D. J. Fulton, B. D. Sinclair, and
    1. H. Dunn, Phys. Rev. A 53, 408 (1996).
15. M. M. Kash, V. A. Sautenkov, A. S. Zibrov, L. Hollberg, G. R. Welch, M. D. Lukin, Y. Rostovtsev, E. S. Fry, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 82, 5229 (1999).
16. F. Zhuang, X. Du, and D. Zhao, Opt. Lett. 36, 939 (2011).
17. J. Q. Shen, Phys. Rev. A 84, 063841 (2011).
18. J. Q. Shen, Opt. Commun. 283, 4546 (2010).
19. J. D. Jackson, Classical Electrodynamics 3rd ed. (Wiley amp; Sons, 1998).
20. S. Wang and D. Zhao, Matrix Optics (CHEP-Springer, 2000).

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