非线性光子晶体中原子辐射光场的非经典性质

讨论了非线性光子晶体微腔中二能级原子在相干场驱动下腔场的频谱特性及光子的统计性质.研究结果表明,当光子晶体的态密度很大时,如果腔场模与原子共振荧光Mollow峰的中心峰共振,则腔场的涨落压缩到量子散弹噪声之下,且与线性光子晶体微腔的情况相比其谱线峰值变大.当驱动场频率较大时光子服从亚Poisson分布,且非常接近Poisson分布. 关键词： 光子晶体 参量振荡 非弹性谱 二阶相关函数     

等效零折射率材料微腔中均匀化腔场作用下的简正模劈裂现象

研究了零折射率材料微腔中人造原子与腔模的相干耦合现象.首先通过数值模拟的方法研究了在二维光子晶体微腔中填充阻抗匹配的零折射率材料后腔模的场分布.结果表明零折射率材料的引入使得原本以驻波场形式存在的腔模分布在整个微腔中变得近似均匀且值最大.其次,将人造原子放入腔中的不同位置并与腔模耦合,结果从频谱上观察到腔模的劈裂与人造原子在腔中的位置无关.最后,利用微波实验,通过开口谐振环等效的人造原子与一维复合左右手传输线等效的零折射率材料微腔之间的耦合验证了仿真结果的准确性.该结果为腔量子电动力学中量子点对位难的问题提供了新的方案,同时零折射率材料微腔也为今后研究原子与光子之间的相互作用提供了一个新的平台.     

耦合双原子Jaynes-Cummings模型的腔场谱H

研究了处于激发态的两原子与高Q腔场相互作用单光子过程的腔场谱,给出了初始光场为光子数态、相干态、压缩真空态时的腔场谱数值计算结果,分析了原子间偶极-偶极相互作用强度gα对腔场谱结构的影响.发现真空场Rabi峰,当gα较弱时为4峰,gα较强时为3峰结构;弱场数态(n＞0)时为5峰,强场时为3峰结构.相干态和压缩真空态时,谱结构与光子数分布有关,一般为复杂的多峰结构.结果表明,gα对峰位峰高都有影响,破坏了谱结构的对称性,但这种影响只在真空场和弱场时才较明显.     

耦合腔阵列与Λ-型三能级原子非局域耦合系统中单光子的传输特性研究

讨论了理想和非理想情况下耦合腔阵列中两个最邻近的腔与Λ-型三能级原子非局域耦合系统中单光子的传输特性.运用准玻色子方法,精确地解出了开放系统中单光子的透射率.Λ-型三能级原子与耦合腔阵列非局域耦合系统具有更多的优点,如:该系统比其他系统调控光子传输特性的可调控参数更多;单光子在该系统中传输的透射谱有三个透射峰.此外,该系统还具有自身的特点,当拉比频率?取值给定之后,改变原子与其中一个腔的耦合强度时,光子的透射谱有一个透射率始终为1的定点,该点对应的光子频率为ω_c-?.在非理想情况下,系统耗散对光子的透射谱有着很大的影响.当只考虑原子耗散时,耗散使得光子透射谱的谷值增大,而峰值不变;当只考虑腔场耗散时,光子透射谱的峰值减小,而谷值不变.另外,随着腔场耗散率和腔的个数的增多,光子透射谱的峰值逐渐减小,但谷值始终不变.对比原子耗散和腔场耗散的情况可以发现,原子耗散使得光子不能被完全反射,而腔场耗散使得光子不能被完全透射.当同时考虑原子和腔场耗散时,光子透射谱谷值的大小不但会受原子耗散率大小的影响,也受腔场耗散率大小的影响,随着腔场耗散率的增大,谷值反而减小;而光子透射谱的峰值始终只受腔场耗散率大小和腔的个数的影响,与原子耗散率取值的大小无关.     

原子在双腔场间的光子辐射

考虑单个二能级原子穿过两个空间分离的单模腔场,研究原子质心运动的动能、腔长和腔间距对原子的光子辐射率的影响.结果表明,在原子的动能较小时,光子辐射率在双腔系统中出现多共振峰结构并且这种共振峰的数目随腔间距的增大而增加,此时原子在第一个腔中的光子辐射率普遍大于在第二个腔中的;在原子的动能较大时,原子在第一个腔中的光子辐射率与第二个腔中的光子辐射率呈交替变化.该结果说明,可以通过控制原子的速度而对原子的光子辐射率进行调控. 关键词： 光子辐射率 单模腔场 二能级原子     

"两原子-双模腔场"系统的腔场谱

研究了存在偶极相互作用的两等同原子与双模腔场共振相互作用双光子过程的腔场谱,研究发现,当两模初态都为光子数态或相干态时,两模腔场谱之间有很强的相互影响,在两模场强相同时,两划的光谱结构也相同,且在强场下呈现三峰结构;当两模初态场强不同时,较强的一模出现简单的单峰结构,而较弱模光谱中三峰的距离随另一模光子数的增加而增大。当两模均为压缩真空态时,在强场下得到经典共振荧光谱,且两模腔场谱之间的相互影响很弱。     

超冷V型三能级原子注入的微波激射:原子相干性对腔场光子统计的影响

建立了超冷V型三能级原子注入的微波激射的腔场光子统计的量子理论,研究了原子相干性对光子统计性质的影响.发现腔内原子的发射概率随腔长变化的曲线中存在着共振峰和非共振平台,原子相干性对这些共振峰和非共振平台的绝对大小和相对比例具有灵活的可调性.原子发射概率的这些特点对腔场光子统计产生了直接的影响.平均光子数随腔长变化的曲线中也存在着共振峰和非共振平台;给定腔长,适当调节原子相干参量,可以使光子数分布向大、小光子数两个方向灵活地移动,平均光子数也相应地增加和减少.研究中还发现,适当选取原子相干参量,光子统计在大 关键词： 微波激射 超冷V型三能级原子 原子相干性 光子统计     

低频强场作用下三维光子晶体中二能级原子的自发辐射性质

研究了处于三维光子晶体中，且在强相干的低频场的驱动下的单个二能级原子的自发辐射性质.由于低频场的影响，使得原子产生了在跃迁过程中吸收或发射一个低频光子的衰减渠道.这些跃迁导致了自发辐射的量子干涉，再加上光子晶体能带带边的作用，自发辐射被显著抑制.原子的布居俘获依赖于原子上能级与能带带边的相对位置，低频场的频率和原子不同跃迁通道间的相对跃迁强度. 关键词： 光子晶体 二能级原子 自发辐射     

等同双原子Jaynes-Cummings模型的量子特性及系统光谱

在全量子理论的背景下提出两个二能级原子分别与一单模腔场相互作用的系统模型,利用量子主方程和数值模拟计算等方法,研究该体系中腔场平均光子数、Mandel's Q因子及二阶量子相关度在非稳态时的变化规律。此外,对体系中原子及腔场中光谱结构进行了分析。结果表明:减小腔场耗散系数,增大原子间耦合系数,体系量子特性愈加明显。体系光谱呈现出Mollow三重峰结构,且原子辐射谱强度远大于腔场辐射谱强度。当原子跃迁频率与腔场跃迁频率为近共振时,Mollow峰值为三峰中最大值。此外,增大原子与腔场间耦合系数,可增大原子光谱的中峰强度;而增大腔场光谱的中峰强度,则需减小原子与腔场间耦合系数。     

各向异性光子晶体中Λ型原子动力学性质研究

讨论了各向异性光子晶体中外驱动场作用下Λ型原子的动力学性质及辐射谱特性. 通过理论 分析和数值计算发现，原子上下能级的布居数将出现准周期性振荡的性质，其振荡的频率和 振荡的幅度与上能级的耗散系数γ， 驱动场的作用强度，驱动场和共振频率失谐度δ等相 关； 原子上能级与光子晶体带边的相对位置将直接影响到原子自发辐射的模式. 此外，从 辐射谱的角度分析光子晶体对原子周围辐射场的特性及其传输性质的影响.     

Cavity Mode, Q Value and the Photon′s Lifetime in a Cavity Formed by Defected 2-Dimensional Photonic Crystal

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　ＰｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｉｓＧｅｎｅｒａｌｌｙｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ .Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｉｓｐｅｒｉｏｄｉｃｉｔｙ ,ｉｔｍａｙｐｏｓｓｅｓｓａｐｈｏｔｏｎｉｃｂａｎｄ ｇａｐ .Ｔｈｉｓｍｅａｎｓｔｈａｔｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｗａｖｅｓｏｆｃｅｒｔａｉｎｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓａｎｄｗａｖｅｖｅｃｔｏｒｓａｒｅｆｏｒｂｉｄｄｅｎｔｏｐｒｏｐａｇａｔｅ .Ａｐｈｏｔｏｎｍａｙ…     

Cavity Mode, Q Value and the Photon′s Lifetime in a Cavity Formed by Defected 2-Dimensional Photonic Crystal

A complex frequency method to calculate the lifetime, Q value and field distribution of cavity mode in a defected 2D photonic crystal cavity is presented. Using this method, we analyze the cavity mode formed by a 2D photonic crystal with an interval “atom”. This method is also applicable to the defected 2D photonic crystal cavity of other structures. Cavity formed by a 2D random photonic crystal is discussed.     

Entanglement of a two-level atom and its spontaneous emission near the edge of a photonic band gap

The entanglement of a two-level atom and its radiation field near the edge of a photonic band gap is studied by using the quantum entropy. Unlike the free space case, there is a steady-state entanglement between the atom and its spontaneous emission field even when the atomic transition frequency lies outside the band gap. Moreover, the degree of entanglement, which is due to the formation of atom–photon bound dressed state, depends on the detuning of the atomic transition frequency from the photonic band edge and can be controlled by a controllable photonic band gap crystal.     

双光子过程耦合腔系统中光场的量子特性

本文研究了双光子过程原子与耦合腔相互作用系统中腔场的压缩效应和反聚束效应.考虑系统总激发数等于2的情况,利用数值计算方法讨论了腔场间的耦合强度变化和原子与腔场间耦合强度变化对反聚束效应的影响.研究结果表明:腔场不呈现出压缩效应;腔场的反聚束效应与原子与腔场的耦合系数之间,以及与腔场间的耦合系数之间都存在着非线性关系,     

驱动场作用下光子晶体中三能级原子的自发发射

讨论了在双光子驱动场作用下,三能级原子在光子晶体中的自发发射问题．由于量子干涉和光的局域化作用,两个上能级中的占据数将具有周期振荡或准周期振荡的性质,这不仅依赖于两个上能级与禁带的相对位置,同时也依赖于原子的初始状态,而且还与驱动场的强度、驱动场的入射位相有关．这些性质既与真空中带有驱动场的原子的自发发射性质不同,也有别于无驱动场作用下光子晶体中三能级原子的自发发射性质． 关键词：     

二维光量子阱共振隧穿光谱特性的改善

用时域有限差分法研究了光子晶体量子阱中的量子化能态.研究发现,开腔与闭腔光量子阱结构共振透射峰的数目相同,位置几乎不变,但闭腔光量子阱出射光强更强,透射率更大,频率选择性更好,品质因子Q值更高.同时计算了开腔和闭腔光量子阱光场分布,结果表明,开腔光量子阱为行波阱,闭腔光量子阱为驻波阱,充分证实了闭腔光量子阱更能束缚光场的设想,对其作用机理进行了探讨.     

Cavity Field Spectra of a Cascade Three-Level Atom Interacting with a Single-Mode Field with Kerr-Like Medium

The cavity field spectrum of a cascade three-level atom interacting with single-mode field with Kerr-like medium in the cavity is investigated. The numerical results for the initial field in pure number state, coherent state and squeezed vacuum state are calculated, respectively. It is found that the Kerr-like medium affects the spectral structure even though the initial field is in vacuum when the atom is in upper level. In the case of strong input field, the number state spectrum shows two peaks with different heights; and the superposition state spectrum shows a multipeak structure with an equal distance of two neighboring peaks. The spectral ＂central frequency＂ shifts away from the resonant frequency with the increasing of average photon number.     

氧化孔形状对光子晶体垂直腔面发射激光器模式的影响

用时域有限差分方法对氧化孔限制型外腔式光子晶体垂直腔面发射激光器 (VCSEL) 在小氧化孔下氧化孔形状对激光器模式特性的影响进行了模拟计算. 建立了三维光子晶体面发射激光器光场计算模型, 分析了氧化孔形状变化对器件远场特性与频率特性的影响. 研究发现, 氧化孔形状可影响光子晶体VCSEL的模式特性, 尤其是频谱特性. 从模场分布的角度可解释为菱形氧化孔的对称性与高阶模的不一致. 但随着光子晶体刻蚀深度的增加和氧化孔的增大, 这种影响逐渐减小, 分析解释了其原因. 研究结果为提高光子晶体面发射激光器的性能提供了参考.