Авторска справка за приносния характер на трудовете на д-р Андон Ангелов Рангелов Научната работа по конкурса е отразена в 20 публикации в международни списания с висок импакт фактор и може да бъде разделена в следните основни области: I. Изследване на кохрентния контрол на квантови системи с две, три и повече нива, посредством импулсни полета; II. Аналогия на техники от кохрентния квантов контрол в електрични и магнитни полета; III. Аналогия на техники от кохрентния квантов контрол в поляризационната оптика; IV. Аналогия на техники от кохрентния квантов контрол във влакнестата оптика; V. Аналогия на техники от кохрентния квантов контрол в нелинейната оптика. Основните научни приноси на изследователската работа могат да бъдат формулирани по следния начин: Аналитично сме пресметнали вероятността за контраинтуитивен преход в система с три нива, в която две от нивата са паралелни и се пресичат с трето наклонено ниво. Състоянието с наклонената енергия се свързва с другите две състояния, чрез крайни константни взаимодействия. Пресмятанията са направени в адиабатен базис на взаимодействието, като сме предположили адиабатна еволюция навсякъде с изключение на точките на пресичане на диабатните енергии. Там сме ползвали формула на Ландау-Зинер за пресмятане вероятността за преход. Налице е много добро съгласуване с числените резултати. Модела, който сме предложили дава обяснение за оптичното екраниране в магнитно-оптични уловки за атоми (K.-A. Suominen, K. Burnett, P. S. Julienne, M. Walhout, U. Sterr, C. Orzel, M. Hoogerland, and S. L. Rolston, Phys. Rev. A 53, 1678 (1996); K.-A. Suominen, J. Phys. B 29, 5981 (1996); J. Weiner, V. S. Bagnato, S. Zilio, and P. S. Julienne, Rev. Mod. Phys. 71, 1 (1999).) Резултати са публикувани в [1]. Показали сме, че техниката на бърз Щарков адиабатен преход (SCRAP), която се използва за пълно прехвърляне на населеност в система с две нива има обобщение, което предлага прост и ефективен метод за пълно прехвърляне на населеност от начално ниво 1 до крайно ниво 3 в система с три нива свързани с Рамоново взаимодействие. В така предложената от нас схема се използват три различни лазерни полета: напомпващо, Стоксово и Щарково. Щарковото поле е далеч от резонанс и има за цел само да индуцира динамични Щаркови отмествания на енергиите, по този начин се създава пресичане на диабатните енергии. Почти резонансните Стоксово и напомпващо поле свързват съответно състояния 2 с 3 и 1 с 2. Диабатен-адиабатен сценарий осигурява устойчиво
прехвърляне на населеността. С подходяща наредба на импулсите можем да прехвърлим изцяло населеността от начално ниво 1 до крайно ниво 3 с минимална населеност на ниво 2 по време на еволюцията. За разлика от STIRAP тази нова техника позволява да се използва, както за еднофотонен, така и за многофотонни процеси. Важно е да се отбележи, че по тази схема вече има направен експеримент: Phys. Rev. Lett. 99, 173001 (2007), който потвърждава напълно теоретичните ни предвиждания. Резултати са публикувани в [2]. Разработихме теория за обяснение на адиабатно прехвърляне на заселеност през разпадащо се състояние в квантова система с три нива. Теорията обяснява подробно експериментално наблюдаваните резултати от статия Phys. Rev. Lett. 95, 043001 (2005). Чрез подбиране параметрите на задачата, можем да контролираме изтичането на заселеност от нива 2 или 3 в квантовата система от три нива. Резултати са публикувани в [3]. Представили сме обобщение на Морис-Шор трансформацията за системи с три и много изродени нива. Показали сме кога такава трансформация съществува и ако съществува, то как верижка от N изродени квантови нива, свързващи се с времезависими външни полета, може да бъде заменена с независими системи с дължина N, N-1,..., 2 и системи с не свързани единични състояния. Резултати са публикувани в [4]. Предложили сме нова техника, за почти пълна йонизация на населеност от основно дискретни състояния, свързани с континуум, чрез двуфотонен преход, през разпадащо се средно състояние. За целта сме въвели помощно дискретно състояние свързано с континуума посредством контролно поле, което поражда състояние наподобяващо тъмното състояние при STIRAP. Така полученото квази тъмно състояние сме използвали, за да се оптимизира населеността в континуума. Бъдещи приложения са възможни при фотойонизация на атоми или молекули с голяма продуктивност на йонизацията при извънредно ниски температури. Особено подходящ за случая е натрий. Резултати са публикувани в [5]. Показали сме как, ползвайки трансформация на Хаусхолдер, затворена система с три нива може да се редуцира до система с три нива в ламбда конфигурация. В така получената ламбда система може да имаме двуфотонен резонанс или система с две нива и тъмно състояние. При наличие на двуфотонен резонанс имаме скрито тъмно състояние, което е суперпозиция на трите диабатни състояния, тоест това е тъмно състояние от нов вид. Показали сме как използвайки новото тъмно състояние може да създаваме различни суперпозиции между диабатните състояния. Резултати са публикувани в [6,9,10].
Показахме как факторизационни алгоритми базиращи се на Гаусови суми могат да бъдат приложени в оптиката. Основа на алгоритемите е интерференция между различни оптични пътища. Резултати са публикувани в [7]. Показахме, че стимулирания Раманов адиабатен преход (STIRAP) от квантовата физика не е запазена територия само за квантовият свят, но има и преки аналогии в класическият свят. Разгледахме конкретни примери на аналогия с движение на заредена частица в магнитно поле, както и сила на Кориолис. Резултати са публикувани в [8]. Беше разработена нова техника, в която се предлага адиабатно въртене на равнината на поляризацията на светлината. Тези техника използва аналогията между уравнение, описващо състоянието на поляризацията, и уравнението на Шрьодингер описващ атом с три нива. Предлаганата техника е аналогична на стимулирания Раманов адиабатен преход (STIRAP), който е добре познат в квантовата оптика и е приложим за широк честотен диапазон. Резултати са публикувани в [11]. Беше разработен нов адиабатен метод за безжично прехвърляне на енергия. Това е нова техника в която се предлага да се използва аналог на бързият адиабатен преход в система с две нива от атомната физика. Новата техника е сравнена с познатата вече резонанса техника за безжично прехвърляне на енергия. Резултати са публикувани в [12]. Извършвайки аналогията между квантови възбуждания на система с две нива и уравнението за еволюция на поляризираната светлина, ние представихме точни аналитични решения за различни модели за контролиране на светлината поляризация в кристал с двойно лъчепречупване. Тези модели включват едномерни модел, модел на Ландау-Зeнер и модел на Демков Кунике. В научната публикация ние показваме как може тази аналогия да се приложи за ахроматично манипулиране на светлината и нейният аналог с бързият адиабатен преход в система с две нива от атомната физика. Същата аналогия може да се приложи и в други области на физиката където се появява уравнение на прецесия, примерно в класическо движение на заредена частица в магнитно поле. Резултати са публикувани в [13]. Използвайки явленията на линейно и кръгово двойно лъчепречупване, беше предложена схема, което може да промени произволна елиптичност на поляризираната светлина. Тази схема позволява конвертиране между линейно поляризирана светлина към кръгово поляризирана светлина или промени между две различни кирални поляризации. Въз основа на аналогия от квантовата система с две нива и адиабатното следствие, предложената техника е нечувствителна към различни честоти. Резултати са публикувани в [14].
Беше разработена нова техника за пренос на заселеност между две крайни състояния на Раманова квантова система тип стълба с три нива. Техниката разчита на последователност от съвпадащи резонантни напомпващо и Стоксово поле, със специфично подбрани отношения на амплитудите. Техниката може да се разглежда като свръзка между два добре известни метода: този на обобщените пи-импулси и този на СТИРАП. Резултати са публикувани в [15]. Беше предложена нова ефективна и широкоспектърна схема за сумиране на честоти, която използва каскаден процес от типа ω3 = ω1 + ω2 и ω4 = ω1 + ω3. Техниката използва чърпнати кристални структури, които в линеен режим са аналог на адиабатен преход в квантова система с три нива. Ако периодът на кристалната структура е избран да осигури първо фазовия синхронизъм на ω3 а после на ω4, то енергията се прехвърля адиабатно до ω4. Ефективна техника за генирериране на ω4 е възможна и с обратната подредба на кристалните структури; тогава междината генерация на ω3 е силно занижена. Повечето характеристики на процеса се запазват и в нелинейния режим. Резултати са публикувани в [16]. Беше разработена идея за ахроматичен, многоканален разделител на светлина във влакнестата оптика. Механизма за реализация на разделителя се базира на квантовата аналогия със стимулираният адиабатен преход. Входният вълновод и изходните вълноводи се свързват чрез еванесен кауплинг, чрез посредник вълновод. Заради адиабатната природа на взаимодействието разделителя е не само ефективен и ахроматичен, но и много устойчив към всякакви външни условия. Резултати са публикувани в [17]. Беше предложена техника за ефективен и безжичен пренос на енергия между две намотки, чрез посредник междина намотка. Променяйки честотите на намотките се създават три резонанса: излъчвател-посредник (EM), посредник-приемник (MR) и излъчвател-приемник (ER). Ако промяната на честотата е аналог на бързият адиабатен преход от атомната физика и резонанса EM предхожда резонанс MR, енергията последователно преминава по веригата излъчвателпосредник-приемник. Ако резонанс MR предхожда резонанс EM, то енергията се прехвърля директно от излъчвател към приемника чрез резонанс ER, по този начин загубите от медиатора са пренебрежимо малки. Тази техника е нечувствителна към шум, резонансни ограничения и външни смущения. Резултати са публикувани в [18]. Беше предложена нова ахроматична схема за ефективна смяна от ляво кръгова към дясно кръгова поляризация (или обратно). Устройството за промяна на поляризационната киралност се състои от традиционни ½ ламбда поляризационни пластини, завъртени на определени ъгли спрямо техните бързи
поляризационни оси. Схемата е нечувствителна към всякакви параметри, което включва температура на кристала, честота на входното поле, дължина на кристала и ъгъл на падане на светлината. Резултати са публикувани в [19]. Изследвахме теоретично адиабатната еволюция на светлина във вълноводи. Модел тип папийонка от атомната физика беше използван за постигане на пълно превключване на светлината от един канал към друг. Резултати са публикувани в [20].