Нелинейные эффекты при распространении лазерных импульсов в среде двухуровневых атомов

Чернова, Наталья

Published Jan 1, 2025• 0 citations

Abstract

Объект исследования – двухуровневый атом. Цель работы – теоретическое исследование нелинейных эффектов при распространении лазерных импульсов в среде двухуровневых атомов. В результате исследования создана математическая модель взаимодействия лазерного излучения со средой двухуровневых атомов, проведен анализ распространения коротких лазерных импульсов в оптически плотной среде, изучено влияние процессов релаксации атомных уровней на изменение площади импульса при его распространении в среде. Результат работы – зависимости, устанавливающие как параметры излучения и среды определяют динамику площади импульса в соответствии с теоремой площадей Мак–Колла–Хана. Полученные результаты позволяют лучше понять процессы когерентного взаимодействия излучения с резонансными средами и могут быть использованы при анализе систем оптической обработки информации. Применялись информационно – коммуникационные технологии для поиска и анализа литературы. Использована прикладная программа Python для численного моделирования процессов взаимодействия и визуализации полученных результатов.

DOI: 10.18720/spbpu/3/2025/vr/vr25-5288

Related papers

Распространение лазерных импульсов в оптически плотных средах трехуровневых атомов

Гуляев, Алексей

Объект исследования — трёхуровневая атомная система. Цель работы — cоздать математическую модель взаимодействия лазерного излучения с оптически плотной средой трёхуровневых атомов. В результате исследования разработана и численно реализована математическая модель, описывающая динамику взаимодействия когерентного лазерного излучения с ансамблем трёхуровневых атомов в условиях оптически плотной среды. Модель основана на решении системы уравнений для элементов матрицы плотности совместно с уравнениями Максвелла для медленно меняющихся амплитуд взаимодействующих полей. Получены зависимости пространственно-временной эволюции интенсивности зондирующего импульса и населённостей энергетических уровней атомов при различных параметрах системы, таких как начальные интенсивности и длительности импульсов, отстройки частот от резонанса и оптическая толщина среды. Проанализировано влияние этих параметров на эффективность взаимодействия и формирование когерентных эффектов, таких как электромагнитно-индуцированная прозрачность и когерентное пленение населенностей. Применялись информационно-коммуникационные технологии для численного моделирования и анализа полученных данных. Использованы прикладные программы: MATLAB, язык программирования Python с библиотеками SciPy, NumPy для решения системы дифференциальных уравнений и визуализации результатов. Проведен поиск информации в глобальных компьютерных сетях для анализа существующих теоретических моделей и экспериментальных данных.

Jan 1, 20250 citations

Сверхизлучение в коллективе идентичных невзаимодействующих атомов

Баранов В. Н., Баранов В. Н., Семин Виталий Владимирович

Объектом исследования в данной работе является классическая модель Дикке сверхизлучающего газа. Цель работы – Исследовать сверхизлучение в коллективе идентичных невзаимодействующих атомов в излучающем газе. В результате работы выведены уравнения интенсивность спонтанного излучения и ширины натуральной линии, изучено влияние импульса отдачи фотона на когерентность, определена угловая корреляция между последовательными фотонами и сделан анализ полученных результатов. Практическая значимость работы заключается в дальнейшем использовании полученных результатов для поиска применения сверхизлучения в технике.

Jan 1, 20200 citations

Влияние свободного движения атомов на распространение лазерного излучения в оптически плотных средах в условиях резонанса когерентного пленения населенностей

Г. В. Волошин, K. A. Barancev, S. P. Voskobojnikov +1 more

Исследовано влияние свободного движения атомов на процессы поглощения двухчастотного лазерного излучения оптически плотной средой в условиях резонанса когерентного пленения населенностей. Обнаружено, что в такой системе каждая из двух компонент лазерного излучения поглощается по-разному. Показано, что различие в поглощении каждой из компонент лазерного излучения существенно зависит от скорости релаксации низкочастотной когерентности подуровней основного состояния. Определена область значений скоростей данной релаксации, в которой этот эффект проявляется наиболее сильно.

Zhur. Eksptl'. i Teoret. Fiz.Jan 1, 20250 citations

Обзор и моделирование типовых аппаратных архитектур систем квантового распределения ключей

Артём Аркадьевич Лукашов, Владимир Андреевич Фаерман

Актуальность исследования обусловлена предстоящим широким внедрением квантовых технологий в существующую информационно-телекоммуникационную инфраструктуру. Эффективное внедрение невозможно без предварительного анализа и обоснования достаточности и безопасности систем квантового распределения ключей. Это в свою очередь предполагает исследование и формализованное сравнение аппаратных архитектур, положенных в основу этих систем. Эффективным инструментом для решения последней задачи является компьютерное моделирование. Цель состоит в исследовании и систематизации типовых аппаратных архитектур систем квантового распределения ключей, их моделировании и верификации созданных моделей. Объектом являются практические архитектуры систем квантового распределения ключей. Методы: математическое описание оптических систем на основе формализма Джонса, имитационное моделирование в среде Simulink Matlab. Результаты. Реализована имитационная модель типовой системы квантового распределения ключей, использующей архитектуру Plug-n-Play. Корректность модели показана путём демонстрации толерантности к искажениям поляризации при передаче в волоконно-оптическом канале связи. Созданные модели оптических компонентов в Simulink могут использоваться для построения моделей систем других архитектур.

Известия ТПУ Промышленная кибернетикаJun 27, 20250 citations

Анализ коллективной флуоресценции неупорядоченного ансамбля точечных квантовых излучателей в волноводе, индуцированной квазирезонансным импульсным излучением

Владислав Александрович Бондарев

Цель работы – анализ распространения импульсного излучения в ансамбле резонансных квантовых излучателей в волноводе. В ходе работы было проанализировано распространение импульсного излучения в ансамбле квантовых излучателей в волноводе. Был проведён анализ как нестационарной задачи, так и стационарной. В результате работы рассчитана динамика послесвечения, наблюдаемая после отключения пробного импульса с прямоугольной формой огибающей. Были рассмотрены эффекты однофотонного суб- и суперизлучения. Проанализирована зависимость коэффициентов прохождения и отражения от частоты пробного импульса. Был получен ряд нетривиальных эффектов. В частности, немонотонность динамики послесвечения и сверхсильный эффект суперизлучения. Полученные результаты можно будет использовать в области нанофотоники, оптики и квантовых технологий. Использовались открытые образовательные ресурсы и программы поиска и анализа информации. Применялись средства автоматизации разработки MATLAB. Применено программное обеспечение MATLAB.

Sep 8, 20260 citations

Перепутывание двухуровневых атомов в одноатомном мазере при наличии расстройки и штарковского сдвига энергетических уровней

Бузмакова А. А., Бузмакова А. А., Башкиров Е. К.

Объект исследования: система двух атомов поочередно взаимодействующих с одноатомным мазером при расстройке и штарковском сдвиге. Цель: изучение влияния штарковского сдвига и расстройки на динамику перепутывания двух ридберговских атомов, последовательно пролетающих фоковское и тепловое поле резонатора одноатомного мазера. Результаты работы: 1. Найдено точное решение уравнения эволюции для двух ридберговских атомов, последовательно пролетающих резонатор одноатомного мазера с учетом штарковского сдвига и расстройки. 2. Вычислена редуцированная матрица плотности ридберговских атомов и на ее основе и параметр их перепутывания - отрицательность. 3. Найдена временная зависимость параметра перепутывания атомов для фоковского и теплового состояния поля резонатора и различных начальных состояний атомов. П олученные в работе результаты могут быть использованы при планировании будущих экспериментов по генерации и управлению степенью перепутывания различных естественных и искусственных атомных систем.

Jan 1, 20210 citations