کنترل دوپایایی نوری سیستم اتمی همدوس با استفاده از میدان مغناطیسی خارجی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه فیزیک/واحد تبریز/دانشگاه آزاد اسلامی/تبریز/ایران

چکیده

یک سیستم اتمی چهارترازی نوع Y معکوس را در نظر می‌گیریم که در داخل یک کاواک حلقوی یک‌سویه قرار گرفته و با یک میدان موج کوتاه در حال اندرکنش است و هدف ما کنترل رفتار دوپایایی نوری آن است که در سوئیچ‌زنی تمام نوری کاربرد دارد. دو مؤلفۀ قطبش دایره‌ای یک پرتو کاوندۀ قطبیدۀ خطی ضعیفی را در نظر می‌گیریم که با این محیط مادی در اندرکنش‌اند و با گذار متفاوتی از هم متمایز شده‌اند. یک میدان جفت‌کنندۀ همدوس نیز با گذار اتمی متفاوتی می‌تابانیم. تحت شرایط حالت پایا، می‌توانیم وقوع دوپایایی نوری را با تغییر پارامترهای مختلفی نظیر نامیزانی فرکانسی میدان کاونده ( )، پارامتر مشارکت الکترونیکی (C)، بزرگی میدان الکترومغناطیسی (B) و همینطور با میدان قطبیدۀ دایره‌ای چپگرد یا راستگرد کنترل کنیم. همچنین، می‌توان دریافت که میدان خروجی پایدار کاواک نوری را با تنظیم شدت میدان ورودی می‌توان کنترل کرد. نشان داده شده است که میزان گذار دو پرتوی قطبیدۀ متعامد را در فرکانس‌های مختلف می‌توان با تنظیم شدت میدان خارجی به دست آورد. می‌توان پی برد که آستانۀ دوپایایی نوری را با بزرگی میدان مغناطیسی خارجی می‌توان کنترل کرد. همچنین مشاهده می‌شود با جابه‌جایی دو پرتوی قطبیدۀ متعامد، می‌توان دوپایایی نوری را به چندپایایی نوری تبدیل کرد. در مقالۀ حاضر، در حالت پایا و پاسخ گذرا، تأثیر میدان مغناطیسی خارجی را بر دوپایایی نوری یک سیستم اتمی چهارترازی در حضور پرتوی لیزری همدوس قوی بررسی کرده‌ایم. در اینجا، میدان کاونده شامل دو قطبش چپ‌گرد و راست‌گرد است، که هریک با گذار متفاوتی برهمکنش می‌کنند. به کمک ادوات و سیستم‌های نوری پیشرفته می‌توان نظریۀ دوپایایی نوری را به روش آزمایشگاهی جدیدی نیز بررسی و تأیید کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Controlling the Optical Bistability via External Magnetic Field in a Coherent Atomic Medium

نویسنده [English]

  • Hossein Jafarzadeh
Department of physics, Tabriz branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran
چکیده [English]

A four-level inverse Y-type atomic system with a microwave-driven field contained in a unidirectional ring cavity is proposed for controlling the optical bistability behavior with application on all-optical switching. Two circularly polarized components from a weak linearly-polarized probe beam are interacted separately by two transitions of this medium. A coherent coupling field derived another atomic transition. Under the steady state condition, we can control the occurrence of the optical bistability by modulating different parameters, such as the probe detuning ( ), the electronic cooperation parameter (C), the magnitude of electromagnetic field (B), and left- or right- handed circular polarized beams. Also, it is found that the stable output field of the optical cavity can be controlled by adjusting the intensity of the input field. It is demonstrated that the transmission coefficient of two orthogonally polarized beams at different frequencies can be achieved by adjusting the magnitude of the external magnetic field. It is found that the threshold of the optical bistability can be controlled by the magnitude of the external magnetic field. Also, it is shown that the optical bistability can be converted to optical multistability by switching the two orthogonally polarized beams. In this paper, in the case of the steady-state and transient response, we investigated the effect of external magnetic field on optical bistability of a four-level atomic system in the presence of strong coherent laser beam. Here, a laser probe signal consists of two left- and right- handed circular polarized beams which are interacted by two different transitions. The optical system provides a new experimental method to test optical bistability theory.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Optical bistability
  • Optical multistability
  • Atomic System
  • Left-handed Circular Polarized
  • Right-handed Circular Polarized
[1] Harris S. E., “Electromagnetically induced transparency”, Phys. Today, 50, 336-339, (1997).

[2] Agarwal G. S., Di K., Wang L., Zhu Y., “Perfect photon absorption in the nonlinear regime of cavity quantum electrodynamics”, Phys. Rev. A, 93, 063805-063809, (2016).

[3] Joshi A., Xiao M., “Stochastic resonance in atomic optical bistability”, Phys. Rev. A, 74, 013817-013822, (2006).

[4] Chong Y. D., Ge L., Cao H., Stone A. D., “Coherent Perfect Absorbers: Time-Reversed Lasers”, Phys. Rev. Lett, 105, 053901-053906, (2010).

[5] Dutta-Gupta S., Deshmukh R., Gopal A. V., Martin O. J. F., Gupta S. D., “Coherent perfect absorption mediated anomalous reflection and refraction”, Opt. Lett, 37, 4452-4454, (2012).

[6] Zhang Y., Sohail A., Yu C., “Perfect photon absorption in hybrid atom-optomechanical system”, Europhys. Lett, 115, 64002-64006, (2016).

[7] Lugiato L. A., “II Theory of Optical Bistability”, Progress in optics, North-Holland, Amsterdam, 21, 69-216, (1984).

[8] Sahrai M., Asadpour S. H., Mahrami H., Sadighi-Bonabi R., “Controlling the optical bistability via quantum interference in a four-level N-type atomic system”, Journal of Luminescence, 131, 1682-1686, (2011).

[9] Sahrai M., Asadpour S. H., Sadighi-Bonabi R., “Optical bistability via quantum interference from incoherent pumping and spontaneous emission”, Journal of Luminescence, 131, 2395-2399, (2011).

[10] Mahmoudi M., Sahrai M., Mousavi M., “Controlling the optical bistability and multistability in a two-level pumped-probe system”, Journal of Luminescence, 130, 877-781, (2010).

[11] Asadpour S. H., Rahimpour Soleimani H., “Phase control of optical bistability based biexciton coherence in a quantum dot nanostructure”, Physica B, 44, 124-129, (2014).

[12] Asadpour S. H., Rahimpour Soleimani H., “Phase and thickness control of optical bistability and multistability in a defect slab with a single layer of graphene”, Laser. Phys. Lett, 13, 015201-015205, (2016).

[13] Jafarzadeh H., Sahrai M., Jamshidi-Ghaleh K., “Controlling the optical bistability in a Λ-type atomic system via incoherent pump field”, Appl. Phys. B, 117, 927–933, (2014).

[14] Hamedi H. R., Asadpour S. H., Sahrai M., Arzhang B., Taherkhani D., “Optical bistability and multi-stability in a four-level atomic scheme”, Opt Quant Electron, 45, 295–306, (2013).