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本论文主要研究各种存在量子干涉效应的系统中弱探测场的吸收以 及折射率特性。所考察的系统包括原子系统以及半导体量子阱结构，内 容涉及瞬态过程以及稳态过程，涉及了与量子相干有关的电磁感应光透 明、无吸收高折射率以及无反转光放大等现象的研究，共分为六个部分。 第一部分: 真空及微波感应相干效应对原子系统瞬态过程吸收特性的影 响 在第一部分，我们分别研究存在真空感应相干（VIC）的三能级Λ型 及 V 型原子和存在微波感应相干的三能级Λ型原子中的探测场的瞬态吸 收特性。我们发现，真空感应以及微波感应相干效应对探测场瞬态吸收 特性都有很大的影响。这些干涉效应的存在使探测场瞬态吸收行为变得 对相干场的相对位相Φ非常敏感，不同的Φ对应不同的瞬态行为特征， 恰当选择相对位相的范围，可以使瞬态吸收得以完全的消除。 所考察的三能级Λ型原子系统如图 1 所示，其一对基态能级挨得很 近，当两个跃迁对应的偶极矩的方向非正交时，由上能级到这一对基态 能级的自发辐射通道之间发生交叉耦合，产生一种量子干涉效应，叫真 空场感应相干效应。在该系统中，用一强相干光场作为耦合场，用一弱 相干光场作为探测场，恰当安排这两个相干光场的偏振方向与两个跃迁 178 所对应的偶极矩方向之间的关系，使εrc ⊥ dr13，εrp ⊥ dr23，以保证每个场 只作用在各自的跃迁上。 图 1 存在 VIC 的三能级Λ型原子系统。 在半经典的理论框架下，写出系统的密度矩阵方程，注意正确地加 进真空感应相干项。真空感应相干项的存在使得原子系统对两个相干场 的位相变得非常敏感，把两个相干场的位相考虑进去之后，经过标准变 换后得到一组跟两场的相对位相Φ 密切相关的方程。从这组方程可求解 得到探测场的增益-吸收系数的依赖于时间的瞬态数值解。 通过考察吸收系数随时间演化的情况（图 2 所示），我们发现，当不 存在真空感应相干效应时（图中η = 0 对应的曲线），也就是说在一个传 统的三能级Λ系统中，在达到稳态之前探测场表现出吸收和增益交替出 现的随时间振荡的行为；而当存在真空感应相干效应时（图中η =1对应 的曲线），探测场却表现出很不同的、跟相干场相对位相Φ密切相关的瞬 态吸收特性，对于不同的Φ，其瞬态行为有很大的不同。当Φ = 0时，瞬 179 态增益完全消失，只有瞬态吸收在零吸收线以下振荡，最后达到稳态值 零；当Φ =π 时，瞬态吸收完全消失，只有瞬态增益在零吸收线以上振荡， 最后也达到稳态值零。在这两种情形下，探测光场不再表现出吸收和增 益交替出现的性质，而且，跟不存在真空感应相干效应的情况相比，其 振幅也增强了很多，振荡频率减小了，原子系统过渡到稳态所需要的响 应时间也延长了。从中我们看到的最有意义的一点是，由于真空感应相 干效应的存在，我们可以通过恰当地选择相对位相Φ 使瞬态吸收完全消 除，这在传统的三能级Λ原子系统中是无法实现的。我们考察了瞬态吸 收的消除对相对位相的要求，发现实际上能够使瞬态吸收完全消除的相 对位相的范围是很广的，只要满足2kπ +π /2 p Φ p 2kπ +3π /2，都可以 使瞬态吸收完全消除。 0.08 Im（ρ31）, Φ=π , η=1 0.04 ) 200Im（ρ31）, η=0 ρ 31 Im( 0.00 -0.04 Im（ρ31）, Φ=0, η=1 -0.08 0 1 2 3 4 5 τγ31 图 2 探测场的增益-吸收系数随时间的演化 ?c = ?p = 0，Λ = 0，γ32 = 2γ31，θ =π /4，Gc =8γ31 sinθ ，Gp = 0.01γ31 sinθ 180 我们还考察了真空感应相干效应对 V 型原子系统瞬态吸收特性的影 响，发现存在真空感应相干效应的 V 型原子中探测场的瞬态吸收行为跟 在Λ型系统中的情形非常类似，但略有不同：在Λ型系统中瞬态吸收在 合适的位相下是可以完全消除的；而在 V 型系统中，在合适的位相下， 在开始的极短的瞬间还会出现瞬态吸收，之后，瞬态吸收迅速消失，只 剩下瞬态增益的振荡。因此我们说在 V 型系统中，通过恰当选择相对位 相的值可以使瞬态吸收几乎完全消除。 对于三能级Λ型原子系统，当两个基态能级之间用一微波场进行耦合 时，由于微波场感应而产生的原子相干效应也可以引起探测场吸收特性 对相干场位相的依赖，这种相位依赖特性与真空场感应相干所引起的相 位依赖特性非常类似，只是存在着一个π /2的位相差。例如，微波耦合 系统中Φ =π /2时的瞬态行为类似于真空感应相干系统中Φ =π 的情况； 微波耦合系统中，为了消除瞬态吸收，我们需要将相对位相Φ调至区域 2kπ p Φ p （2k +1）π ，而在真空感应相干系统中应将其调至区域 2kπ +π / 2 p Φ p （2k +1）π + 3π / 2 。微波感应相干的存在条件比较宽松， 对能级间隔没有严格的要求，也不要求两个跃迁的偶极矩阵元非?