中文摘要：

本项目拟开展周期性势场相干调控的原子及半导体量子阱、量子点等量子体系光学响应特性及其应用研究。周期性势场会对量子体系的吸收、色散等产生周期性空间调制，如驻波场等的相干调控。基于驻波场相干调控可以实现原子局域化，并在精密测量、原子光刻等领域有着重要应用。光在此受到周期性调制的介质中传输能够产生光孤子，可以应用于光孤子通信领域。我们采用密度矩阵方法，研究原子系统的局域化行为及其在精密测量和原子光刻等领域的应用；分别通过时域有限差分和劈裂算法求解Maxwell-Bloch方程或非线性薛定谔方程，研究在量子体系中周期性势场的空间调制特性对光脉冲的量子相干调控作用；并将研究半导体量子阱、量子点等固体材料中利用周期性势场调控空间光孤子的动力学行为的方案。本项目预期研究成果在精确测量原子位置、纳米量级的原子光刻、光晶格制备以及光孤子通信领域有着的重大的实用价值和潜在经济效益。

结论摘要：

近年来光学捕获技术不断发展与完善，使得获得周期性排列的原子系统成为可能。在激光驱动的多原子系统中，原子的空间位置及排列对量子相干调控以及系统的光学响应有着重要的影响。在强激光场驱动的多原子系统中，我们采用密度矩阵的方法，研究了原子的散射光子，如聚束/反聚束、光子的统计特性等，并提出了在一维周期性排列的原子系统中，通过调节真空库产生高强度压缩光源的理论方案；在由二能级原子构成的一维亚波长周期结构系统中，我们利用非近似耦合Maxwell–Bloch方程研究了少周期激光脉冲的传播效应，并探讨了通过介质的结构特性对少周期脉冲进行整形方面的可能性；在与原子系统耦合的光学环形腔中，研究了可控的光学双稳、多稳，及其在光开关、光子控制器件方向的应用。鉴于近年来在石墨烯领域取得的进展，我们利用纳米石墨网格这种周期性介质作为电子源，研究了少周期强激光与石墨靶的相互作用。我们研究发现激光场能有效约束高能电子的空间分布，由此我们提出了对高能粒子的密度、能散等进行有效控制的方案。利用相干汤姆逊散射，我们把激光与石墨靶相互作用的机制应用于产生高能X射线/γ射线源、超短强激光载波包络相位测量等领域。本项目为基础理论研究，主要研究方法为建立不同体系中激光与物质相互作用的理论模型，并利用时域有限差分等数值模拟方法来求解。