级联三能级系统中五阶极化拍频的理论研究-光子学报.PDFVIP

第29 卷第 1 期　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　 1. 29 . 1 光 子学 报 V o N o 2000 年 1 月　　　　　　　　　　A CT A PH OT ONI CA SINI CA 　　　　　　　　　J anuar y 2000　 级联三能级系统中五阶极化拍频的理论研究 * 张彦鹏　王鹏飞 　张　禄　卢克清 ( 西安交 大学电子科学与技术系, 西安 7 10049) ( * 西北纺织工学院, 西安 710048) 本文从理论上系统地研究了由于五阶极化强度间 干涉所导致 级联三能级系统相 位共轭超快调制光谱学. 它对激光绝对频率 测量可达到与激光线宽同一量级 精度. 无论 泵浦光束为窄带线宽或宽带线宽, 它对能级差测量 总体精度仅仅取决于光学跃迁 均匀增 宽, 而与激光线宽和多普勒增宽无关. 极化拍频; 双光子; 六波混频 0 利用各种技术对物质超快过程的研究一直是个热点, 频域内的高分辨率光谱技术是一种间接的、结 果不唯一的办法, 其光谱分辨率取决于激光线宽. 在时域中, 利用逐渐成熟的超短脉冲技术可研究亚皮 秒甚至飞秒时域内的超快弛豫过程, 时间分辨率取决于激光脉宽, 但其仍然存在着系统复杂、昂贵、受变 换极限的限制以及群速色散等问题. M or t a 提出利用易获得的纳秒非相干光测量物质的相位弛豫时间 2 1 T 和集居数弛豫时间T . 时间分辨率决定于非相干光的相干时间. 若非相干光的频谱足够的话, 时间 1 分辨率可达到皮秒甚至飞秒量级. 但需要激光线宽大于能级分裂 , 只能研究超精细或精细支能级结构. DeBeer 提出的窄带光源超快调制光谱学, 虽然其对能级分裂的测量不受激光线宽的限制, 但由于其采 2 用自衍射几何配置, 不能消除多普勒增宽. 而相位共轭几何配置情形下的飞秒极化拍频是一种三阶非 3 线性过程 . 它对能级分裂的测量与激光线宽和多普勒增宽无关, 总体精度仅取决于光学跃迁均匀增宽. 能级分裂也不受激光线宽的限制 . 在自衍射几何配置情形下, M a 等人在掺玻璃的半导体中, 利用三阶 4, 5 极化拍频技术和五阶极化拍频技术测量了三阶极化率和五阶极化率的相位 . 他们还在实验中首次得 6 到了三阶和五阶极化间的干涉 . 本文从理论上系统地研究了相位共轭几何配置情形下级联三能级系统中的五阶飞秒极化拍频、利 用这种技术可对物质的超快过程进行研究. 也可对五阶极化率的相位、激光的绝对频率和系统的能级 差进行测量 . 对激光绝对频率的测量可达到与激光线宽同一量级的精度, 对能级差测量的总体精度仅 仅决定于光学跃迁的均匀增宽. 1 在级联三能级系统( 如图1) 中, 0〉为基态、1〉为中间态、2 〉为激发态. 泵浦光的相位共轭几何配 置如图2 所示, 光束1、2 分别包含频率 1、2 两个频率分量, 它们分别接近于0〉到1〉、1〉到2 〉的共 振频率 1、2, 光束3 频率 3 , 我们假定 3 接近 1. 光束1、2 中间有一很小的夹角 . 在三阶非线性过 程中, 频率为3 的四波混频( FW M) 信号出射方向沿k 1- k ′1+ k 3 和k 2- k ′2+ k3 , 二者几乎沿同一方向, 3 相位