Nonlinear spectroscopy of closed degenerate two-level systems
L. Spani Molella
Die Physik der Zwei-Niveau-Systeme ist seit der Entwicklung der Quantenmechanik gut verstanden.Bei der Interpretation der atomaren Spektren zeigte die neue Theorie große Erfolge.Mit dem Einsatz von Lasern in der Spektroskopie begann dann eine verstärkte systematische und ausführliche Untersuchung der Viel-Niveau-Systeme. Durch die Laserspektroskopie wurde es möglich, tiefer in die Kenntnisse der kohärente Dunkelzustände vorzustoßen.Die darauf folgende erfolgreiche Entdeckung der elektromagnetisch induzierten Transparenz und der kohärenten Dunkelzustände begründete den Beginn der Untersuchungen an stark dispersiven und kohärenten Medien, die besondere Absorptionseigenschaften aufweisen.Das Interesse an diesen Medien wuchs in den vergangenen Jahren, denn sie eröffnen die Möglichkeit, Licht mit vernachlässigbarem Verlust zu speichern, was für die Entwicklung zukünftiger Rechenanlagen nützlich sein kann.In dieser Arbeit habe ich einige Übergänge im gasförmigen Cäsium als nicht lineare kohärente Medien unter dem Einfluss von extern einwirkenden elektromagnetischen Feldern untersucht.Die Untersuchungen begannen an Λ-Systemen, in denen elektromagnetisch induzierte Transparenz gemessen wurde.In diesen Experimenten wurde die induzierte Transparenz des Probe-oder des Koppellasers verbessert bis zu Werten, die vergleichbar sind mit denen bei nicht resonanten elektromagnetischen Feldern.Die Studie wechselte dann zum entarteten Zwei-Niveau-System, in dem in den letzten Jahren elektromagnetisch induzierte Absorption entdeckt wurde.Die Phänomenologie der entarteten Zwei-Niveau-Systeme ist immer noch teilweise unbekannt und es wird erwartet, dass die kohärente Wechselwirkung ungewöhnliche Spektren erzeugt.Durch die Ausnutzung der Fähigkeit des experimentellen Aufbaus zur simultanen Messung der Absorption und der Dispersion des Koppel-oder des Probelasers wurden theoretische Vorhersagen, die sich teilweise noch im Entwicklungsstadium befinden, über das Verhalten der entarteten Zwei-Niveau-Systeme bestätigt.Diese Vorhersagen beschreiben klar die Erzeugung der elektromagnetisch induzierten Absorption und Transparenz im entarteten Zwei-Niveau-System; sie basieren auf numerischen Simulationen, die sich auf dem theoretischen Konzept des spontanen Transfers der Kohärenz zwischen Gruppen von unterschiedlichen entarteten Unterniveaus eines gegebenen Systems gründen.Die erhaltenen experimentellen Resultate bestätigen die Wichtigkeit, den spontanen Transfer der Kohärenz als grundlegenden Prozess der Physik der kohärenten Systeme zu betrachten.Dieser Prozess ist in seiner Bedeutung vergleichbar mit der spontanen Emission bei Zwei-Niveau-Systemen. Zum Schluss dieser Arbeit wurde ich motiviert durch die derzeitigen Vorschläge aus der Gravitationswellenforschung zur Entwicklung von Kerr-Interferometern, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zukünftiger Gravitationswellendetektoren zu verbessern.Da die in dieser Arbeit untersuchten nichtlinearen Systeme extrem steile Profile (bei erhöhter Absorption oder Transparenz) zeigten, waren sie perfekte Kandidaten für die Erzeugung großer Kerr-Nichtlinearitäten des Brechungsindexes.In diesem Zusammenhang wurde experimentell gezeigt, dass die als kohärente Dunkelzustände beschreibbaren transparenten Medien Kerr-Koeffizienten besitzen, die um Größenordnungen größer sind als die Koeffizienten typischer Kerr-Medien aber bei fast vollständiger Transparenz erzeugt werden können.Diese Eigenschaft macht sie sehr attraktiv für zukünftige Anwendungen.
•Jan 1, 2006•2 citations