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研究生: 王文忠
Wang, Weng-Chong
論文名稱: 以高光學密度的超冷原子氣體研究弱光的非線性光學
Low-light-level Nonlinear Optics with High-optical-density Ultracold Atomic Gases
指導教授: 陳應誠
Chen, Ying-Cheng
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 36
中文關鍵詞: 冷原子非線性光學量子資訊
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  • 在量子資訊(quantum information)中是利用波函數(wave function)當做資料傳遞、運算的媒介,而在各種可以攜帶波函數的粒子中又以光子其速度快、不易受外在電磁場影響的特性而比電子、原子或更大的粒子更為適合用來當作資訊的載子。當光子數目很少,甚至只有單光子的時候,光子的量子效應才會顯現出來,但是如此一來光強度就非常低,想要利用非線性光學效應來操控光子所攜帶的資訊就變的十分困難,所幸因為電磁波誘發透明(EIT)效應所衍生的慢光(slow light)使得低光強度的非線性光學的技術得以實現,例如:全光學開關(all-optical switching)、交錯相位調制(cross-phase modulation)、弱光的多波混合(multi-wave mixing)等等,而慢光所衍生的光儲存(light storage)亦提供了光子與原子之間交換波函數與量子態的方法。
    我們實驗室主要是著力於交錯相位調制的研究,而其最終目標就是要達到弱光調制弱光的相位達到 ,而這對於原子及光子的條件卻極為嚴苛:原子的光學密度要達到1000以上的等級(一般磁光陷阱的光學密度卻只可以達到數十)、光需聚焦至 的等級(相當接近波長),且為了讓光強不至於降低過多還需要wave guide的效應。我們是利用改變磁光陷阱中的原子團形狀試圖提高光學密度,並在這種狀況之下進行電磁波誘發透明、慢光的實驗。我們EIT的吸收區可廣達12MHz,而透明窗口僅有200KHz,此狀況下進行的慢光實驗可以將通過原子團的光延遲10us。在這之中我們亦建立了”拉莫進動導致法拉第偏極旋轉”這項靈敏且可以快速得知原子團中磁場狀況的系統,而此系統亦幫助我們將原子團中的磁場補償至6mG以下的程度。另外我們亦已經想出一種可在單一種類原子之下進行double EIT來實現XPM的辦法,並已經開始著手架設實驗,而在目前階段已經可以看到兩組穩定的EIT光譜。


    摘要......................................................I 誌謝.....................................................II 目錄....................................................III 第一章 簡介.............................................1 第二章 雪茄型磁光陷阱(Cigar-type MOT) 2-1 簡介............................................3 2-2 實驗系統架設....................................5 第三章 利用拉莫進動(Larmor spin precession)造成法拉第偏極旋轉(Faraday rotation )測量殘餘磁場 3-1 原理簡介.......................................10 3-2 實驗系統架設...................................12 3-3 實驗結果.......................................15 第四章 電磁波誘發透明(Electromagnetically Induced Transparency)實驗 4-1 原理簡介.......................................17 4-2 實驗系統架設...................................21 4-3 慢光實驗.......................................25 4-4 實驗結果.......................................26 第五章 交錯相位調制(Cross-Phase Modulation). 5-1 N-type XPM原理簡介..............................29 5-2 利用慢光效應增強交錯相位調制...................33 5-3 利用單一種類原子的慢光效應增強交錯相位調制.....33 第六章 參考資料........................................36

    [1]陳易馨、余怡德, “慢光與光儲存在量子資訊科學之應用”, 物理雙月刊 卅卷五期 (2008)

    [2]陳應誠、余怡德, “光速減慢至每秒600公尺-原子的電磁波引發透明效應”, 物理雙月刊廿三卷五期 (2001)

    [3]周泓志, 碩士論文, “靜止光脈衝的實驗研究”, 清華大學物理系(2008)

    [4]T. Isayama, Y. Takahashi, N. Tanaka, K. Toyoda, K. Ishikawa, and T. Yabuzaki, “Observation of Larmor spin precession of laser-cooled Rb atoms via paramagnetic Faraday rotation,” Phys. Rev. A 59, 4836 (1999)

    [5]M. Takeuchi, T. Takano, S. Ichihara, Y. Takasu, M. Kumakura, T. Yabuzaki, Y. Takahashi, “Paramagnetic Faraday rotation with spin-polarized ytterbium atoms” Appl. Phys. B 83, 107-114 (2006)

    [6]H. Schmidt, A. Imamoğlu, “Giant Kerr nonlinearities obtained by Electromagnetically induced transparency,” Opt. Lett. 21, 1936 (1996)

    [7]M. Lukin, A. Imamoğlu, “ Nonlinear Optics and Quantum Entanglement of Ultraslow Single Photons,” Phys. Rev. Lett. 84, 1419 (2000)

    [8]Yen-Wei Lin, Hung-Chih Chou, Prashant P. Dwivedi, Ying-Cheng Chen, and Ite A. Yu, “Using a pair of rectangular coils in the MOT for the production of cold atom clouds with large optical density,” Opt. Express. 16, 3753 (2008)

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