Nonabsorption resonances by nonlinear coherent effects in a three-level system

Summary

The behaviour of a three-level system consisting of two ground-state sublevels optically coupled to a common excited state is analysed. An exact steady solution of the semi-classical equations of motion for the density matrix is obtained (within the RWA) and then numerically investigated. When the frequency difference of the two applied fields becomes equal to the frequency splitting of the lower levels, a mechanism of transverse optical pumping takes place that accumulates all the atoms in a coherent superposition state of the ground sublevels, in which they are no longer able to absorb the pumping fields. The effect is due to nonlinear effects of coherence and is responsible for the appearance of a very strong and narrow resonance in the system response. Moreover, if the interaction energies of the two transitions have different magnitude, another resonance appears which corresponds to the power-shifted two-photon transition between the lower sublevels. The reported results are in agreement with experimental phenomena recently observed.

Riassunto

Si analizza il comportamento di un sistema a tre livelli che consiste di due sottolivelli dello stato fondamentale otticamente accoppiati a uno stato eccitato, comune. Si ottiene una soluzione fissa esatta dell'equazioni semiclassiche di moto per la matrice di densità (entro l'RWA) e quindi studiata dal punto di vista numerico. Quando la differenza di frequenza dei due campi applicati diventa uguale alla separazione di frequenza dei livelli più bassi, si verifica un meccanismo di pompaggio ottico trasversale che accumula tutti gli atomi in uno stato di sovrapposizione coerente dei sottolivelli di base, nel quale essi non sono più in grado di assorbire i campi di pompaggio. L'effetto è dovuto a effetti non lineari di coerenza ed è responsabile della comparasa di una risonanza molto forte e stretta nella risposta del sistema. Inoltre, se le energie di interazione delle due transizioni hanno grandezza diversa, compare un'altra risonanza che corrisponde alla transizione a due fotoni con potenza spostata tra i sottolivelli più bassi. I risultati riportati sono in accordo con fenomeni sperimentali osservati recentemente.

Резюме

Анализируется поведение трехуровневой системы, состоящей из двух подуровней основного состояния, оптически связаанных с возбужденным состоянием. Получается точное стационарное решение полуклассических уравнений движения для матрицы плотности (в рамках RWA). Полученное решение исследуется численно. Когда разность частот двух приложенных полей становится равной частоте расщеплення низших уровней, то имеет место механизм поперечной оптической накачки, который аккумулирует все атомы в состоянии, предста-вляющем когерентную суперпозицию основных подуровней, в котором они не морут больше поглощать поля накачки. Рассматриваемый эффект обусловлен нелинейными эффектами когерентности. Этот эффект является ответственным за появление очень сильного и, узкого резонанса в системе отклика. Кроме того, если энергии взаимодействия двух переходов имеют различную величину, то появляется другой резонанц, который соответствует двухфотонным переходам между низшими подуровнями. Приведенные результаты согласуются с недавно наблюденными экспентальными явлениями.