近日，我院徐四六教授指导学生在非线性光学领域取得了重要研究进展，相关成果发表在物理类国际权威学术期刊《Physical Review A》上(DOI:10.1103/PhysRevA.101.023806；详见https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.101.023806)。该论文的第一完成单位为湖北科技学院电子与信息工程学院，第一作者为16级物理学本科生郭雅薇。

近年来，超冷里德堡原子的研究引起了人们的广泛关注。超冷里德堡原子具有许多新奇的物理特性，如很长的寿命、很大的电偶极矩、在12个数量级范围内可调的强偶极—偶极相互作用等。除了许多其它重要的进展，里德堡原子EIT的实验实现为弱光非线性与量子光学效应的探索提供了崭新的平台，相关研究成果在精密光谱科学与技术、量子计算与量子信息、量子调控与精密测量等诸多研究领域有重要应用。另一方面，人们对非线性光学响应行为的研究，尤其是体系的三阶和五阶非线性光学极化率的研究十分着迷。该研究的结果对实现弱光水平下非线性与量子干涉效应、量子信息处理与传输等具有潜在的理论与应用价值。

在此工作中，构建了一个倒Y型结构、寿命宽的四能级冷原子系统，系统中有更多的可调参数。此工作证明了探测场的高阶非线性极化率的线性和非线性瞬态行为，发现有里德堡相互作用的EIT的响应速度比无里德堡相互作用的EIT的响应速度快六倍。同时，得到了三阶和五阶非线性光学极化率的稳定值，系统有更多的能级跃迁模式，系统的调制比Λ型更容易实现。特别是，里德堡EIT的响应速度可以通过增加探测场场强度来加快，可以通过增加控制场强度来减慢响应速度。与无里德堡相互作用的传统EIT相比，里德堡EIT的响应速度快六倍左右，并且五阶光学极化率的非线性响应时间比三阶光学磁化率的非线性响应时间长。结果表明，里德堡原子的阻塞机制对加快里德堡EIT的响应速度起着至关重要的作用。研究结果不仅有助于更深入地理解里德堡原子的多体物理中的非平衡动力学，而且也可用于基于超冷里德堡原子的量子信息处理的实际应用。