光子晶体中单个Ξ型三能级原子的自发辐射

【作者】 焦志伟； 杜春光； 李师群；

【机构】 抚顺石油学院数理教学部； 清华大学 物理系；

【摘要】 光子晶体是一种人造的折射率空间周期性变化的新型光学微结构材料。具有光子能带和带隙。自1987年 Yablonovith 提出以来,经过十几年的努力,光子晶体在理论、实验和应用方面的研究取得了很大进展。光子晶体中原子的自发辐射研究始终引人注目。目前文献中讨论的都是镶嵌在光子晶体中的二能级原子和 V 型三能级原子,光子晶体中光场的色散关系在带隙边缘附近近似用抛物线形式表示,即ω=ω_c+A（k-k₀）²。但该表达式仅在带隙边缘附近适用,在远离光子带隙的区域该色散关系明显偏离线性关系,这里给出一种适用于全部频域的二次双曲线形式的色散关系,即（ω-ω₀）²=Δ²_x+c′²（k- k₀）²。利用这种色散关系讨论了光子晶体中单个Ξ型三能级原子的自发辐射。这种Ξ型三能级原子对于光子晶体激光的理论研究有实际意义。我们采用求系统本征值的方法研究该系统中的光场—原子束缚态性质。结果表明该系统存在一个光场—原子束缚态,是否出现布居数反转只取决于两个上能级间跃迁频率ω₂相对光子带隙的位置。当ω₂处于光子带隙中,无论下两个能级间跃迁频率ω₁处于光子带隙边缘上方附近还是带隙内,原子在上能级的布居数 P_z 远大于原子在中间能级的布居数 P_l,原子在基态的几率 P_g 几乎为零。这样可以通过控制ω₂和ω₁的大小实现能级布居数的反转。更多还原