高Q Kerr介质腔中非关联双模相干态光场与V型三能级原子相互作用系统中光场的不等阶Y压缩效应

本文利用多模压缩态理论,研究了高QKerr介质腔中非关联双模相干态光场与V型三能级原子相互作用系统中双模光场的不等阶Y压缩效应,绘出了第一模“i(i＝1,2)”次方第二模“j(j＝2,3)”次方Y(i-j-Y)压缩度的第一正交分量(Sy_ij¹),第二正交分量(Sy_ij²)的时间演化曲线.结果表明:1)不等阶Y压缩特性强烈地依赖于Kerr介质的三阶非线性极化系数(x)和双模光场中各模的平均光子数n₁,n₂;当x<1,n₁=n₂<1时,不存在不等阶Y压缩效应;而当x＝2.5,5,10以及n₁=n₂=5,10时,光场和系统开始作用后的很短一段时间内呈现不等阶Y压缩效应.2)在x以及n₁,n₂不变的条件下,不等阶Y压缩度时间演化曲线的崩坍-复原时间随压缩阶次的升高而缩短,压缩度随压缩阶数,特别是两模幂次差的升高而迅速下降.3)在平均光子不变(即n₁=n₂恒定),但Kerr介质不同(即x变化)的条件下,不等阶Y压缩度曲线崩坍时间随Kerr介质的三阶非线性极化系数x的增加而缩短,幅度则不受Kerr介质的三阶非线性极化系数变化的影响.4)不等阶Y压缩效应的持续时间等强烈地依赖于Kerr介质的非线性程度,x越大不等阶Y压缩效应持续时间就越短.不等阶Y压缩度演化曲线正向幅度随平均光子数的增大而增大,负向幅度(压缩度)则随平均光子数的增加而减小.     

两模光场与原子相互作用中光场周期性和频效应-理想Kerr介质腔中非关联双模相干态光场与V型三能级原子相互作用系统中光场的不等阶和压缩效应

利用多模压缩态理论,通过数值计算研究了高Q Kerr介质腔中非关联双模相干态光场与V型三能级原子相互作用系统中双模光场的不等幂次高次和压缩效应,分别绘出了两模光场第一模i次方第二模j次方不等幂次和压缩度的第一正交分量(Sh1_ij),第二正交分量(Sh2_ij)的时间演化曲线.结果表明:1)Kerr介质的存在和嵌放在介质中的V型三能级原子是产生双模光场不等阶和压缩效应的物质条件,二者缺一不可.2)腔中光场和原子发生光子交换是导致双模光场不等幂次和压缩效应的微观机制.3)在不考虑坐标度的情况下,不同条件下的时间演化曲线呈现非常相似的"崩坍-复原-凹谷"式结构,且复原区的波型振荡次数及凹谷区的振荡下降和振荡上升型式一样.4)在χ以及,不变的条件下,不等幂次高次和压缩度时间演化曲线的崩坍-复原-凹谷式结构的持续时间随压缩阶次的升高而缩短,压缩度随压缩阶数的升高而迅速下降.5)在平均光子不变(即,恒定),但Kerr介质不同(即χ变化)的条件下,不等幂次高次和压缩度曲线的周期随Kerr介质的三阶非线性极化系数χ的增加而缩短,幅度则不受Kerr介质的三阶非线性极化系数变化的影响.6)不等幂次高次和压缩效应的持续时间等强烈地依赖于Kerr介质的非线性程度,χ越大不等阶和压缩效应持续时间就越短.在相同压缩幂次的情况下,不等幂次高次和压缩度演化曲线正向幅度随平均光子数的增大而增大.     

高Q Kerr腔中双模光场与V型原子作用光场的等幂次和压缩效应

利用多模压缩态理论,通过数值计算研究了高Q Kerr介质腔中非关联双模相干态光场与V型三能级原子相互作用系统中光场的等幂次和压缩效应. 结果表明: 1)当Kerr介质的非线性系数x≠0时,相互作用系统中双模光场存在间断的等幂次和压缩效应.在相同的介质环境和光强的情况下,最大压缩度发生在一次等幂次和压缩度的第一正交分量和二次等幂次和压缩度的第二正交相位分量上. 2)不论介质和光场强度如何变化, 在不考虑坐标轴标度的情况下, 任意幂次的等幂次和压缩度的时间演化曲线的形状非常相似. 都显示"崩坍复原 凹谷"式结构, 且复原区的波型振荡次数及凹谷区的振荡下降和振荡上升型式一样. 3)演化曲线的周期强烈地依赖于Kerr介质的非线性系数, 且反比于该系数. 演化曲线的幅度强烈地依赖于光场强度,并随着场强的增加而增大.4)等幂次和压缩度的大小随压缩次数的升高而迅速下降(N >2), 但却随着平均光子数的增加而增大.     

一种新型的多模虚偶相干态光场的等阶N次方Y压缩与等阶N次方H压缩

本文利用新近建立的多模压缩态理论,详细研究了一种新型的多模虚偶相干态光场|Ψ_i,e⁽²⁾>_q的广义非线性等阶N次方Y压缩与等阶N次方H压缩特性.结果发现:1)态|Ψ_i,e⁽²⁾>_q是一种典型的多模非经典光场,当压缩阶数N为奇数时,态|Ψ_i,e⁽²⁾>_q在一定条件下总可呈现出周期性变化的、任意阶的等阶N次方Y压缩效应;当腔模总数q与压缩阶数N这两者的乘积q·N为奇数时,则在一定条件下态|Ψ_i,e⁽²⁾>_q又可呈现出周期性变化的、任意阶的等阶N次方H压缩效应.2)态|Ψ_i,e⁽²⁾>_q的等阶N次方Y压缩与等阶N次方H压缩效应这两者的压缩程度和压缩深度分别与几率幅γ_q^(e)、压缩参数R_j、各模的初始相位φ_j(或者各模的初始相位和 φ_j)、压缩阶数N以及腔模(指纵模)总数q等呈较强的非线性关联,等阶N次方H压缩效应与上述诸参量之间的非线性关联程度要比等阶N次方Y压缩效应的更强.3)多模虚偶相干态光场|Ψ_i,e⁽²⁾>_q与多模偶相干态光场|Ψ_,e>_q及多模复共轭偶相干态光场|Ψ*_,e⁽²⁾>_q这后两者的等阶N次方Y压缩效应和等阶N次方H压缩效应的压缩条件和压缩特性正好相反,这种现象就称为相反压缩.     

激发对相干态的等阶Y压缩效应

用数值计算法研究了激发对相干态|ζ;m〉＝a^+mb^+m|ζ〉的等阶Y压缩效应.结果表明:对于态a^+mb^+m|ζ〉,光场存在着等阶K(＝2,3,4,5,…)次方Y压缩效应,但是随着场模上光子增加数m的增大,等阶K次方Y压缩效应减弱.     

第V类两态叠加多模叠加态光场的广义非线性等阶N次方Y压缩

本文构造了由多模真空态|{0_j}>_q和多模虚相干态的相反态|{-iZ_j}>_q这两者的线性叠加所组成的第V类两态叠加多模叠加态光场|ψ₅⁽²⁾>_q.利用多模压缩态理论,研究了态|ψ₅⁽²⁾>_q的广义非线性等阶N次方Y压缩特性.结果发现:1)态|ψ₅⁽²⁾>_q是一种典型的多模非经典光场;无论压缩阶数N取奇还是取偶,只要各模的初始相位φ_j(j=1,2,3,…,…,q)和态间的初始相位差(θ_nq^(I)-θ_oq^(o))等满足一定的取值条件,态|ψ₅⁽²⁾>_q总可呈现出周期性变化的、任意奇数阶和任意偶数阶的广义非线性等阶N次方Y压缩效应.2)态|ψ₅⁽²⁾>_q所分别呈现的任意奇数阶和任意偶数阶的等阶N次方Y压缩效应,其压缩条件、压缩特征以及压缩程度和压缩深度等各不相同.3)无论压缩阶数N取奇还是取偶,态|ψ₅⁽²⁾>_q的第一和第二这两个正交分量的等阶N次方Y压缩效应总是呈现出周期性的互补关系.     

多模复共轭虚奇相干态光场的等阶高次压缩特性研究

本文构造了一种新型的多模复共轭虚奇相干态光场|Ψ_i,o^*(2)>_q,利用多模压缩态理论详细研究了态|Ψ_i,o^*(2)>_q的等阶N次方Y压缩与等阶N次方H压缩特性.结果发现:与多模奇相干态光场、多模复共轭奇相干态光场和多模虚奇相干态光场等所有的多纵模奇相干态光场的性质相同,多模复共轭虚奇相干态光场在任何条件下都不呈现等阶N次方Y压缩效应与等阶N次方H压缩效应,但在一定条件下却可恒处于等阶N-Y最小测不准态和等阶N-H最小测不准态.这表明所有的多纵模奇相干态光场之间,必定存在某些内在的必然性联系.     

多模虚共轭相干态与多模真空态的叠加态光场的等阶N次方Y压缩

利用多模压缩态理论,研究了多模虚共轭相干态|{iZ_j^*}〉q与多模真空态|{O_j}〉q的叠加态|{Ψ_p⁽²⁾}〉q的广义非线性等阶N次方Y压缩特性.结果发现态|{Ψ_p⁽²⁾}〉q是一种典型的多模非经典光场,它在一定的条件下,可呈现出周期性变化的、任意奇数阶和任意偶数阶的等阶N次方Y压缩效应,而在另外的条件下,则可呈现出等阶N次方Y相似压缩现象.     

多模复共轭虚偶相干态光场的等阶N次方Y压缩与等阶N次方H压缩

本文利用新近建立的多模压缩态理论,详细研究了一种新型的多模复共轭虚偶相干态光场|Ψ_i,e^*(2)>_q的广义非线性等阶N次方Y压缩与等阶N次方H压缩特性.结果发现:1)当压缩阶数N为奇数时,态Ψ_i,e^*(2)>_q在一定条件下总可呈现出周期性变化的、任意阶的等阶N次方Y压缩效应;当腔模总数q与压缩阶数N两者之乘积q·N为奇数时,则在一定条件下态|Ψ_i,e^*(2)>_q又可呈现出周期性变化的、任意阶的等阶N次方H压缩效应.2)态|Ψ_i,e^*(2)>_q与多模偶相干态光场|Ψ_i,e^*(2)>_q与多模虚偶相干态光场|Ψ_i,e⁽²⁾>_q的压缩幅度、压缩条件和压缩特征等完全相同.这一结果再次从理论上证实了多模压缩光中的确存在着“相反压缩”和“压缩简并”这两类新的物理现象.     

第Ⅶ类两态叠加多模叠加态光场的偶数阶等阶N次方Y压缩

本文构造了由多模相干态|{Z_j}>_q与多模虚相干态的相反态|{-iZ_j}>_q这两者的线性叠加所组成的第Ⅶ类两态叠加多模叠加态光场|ψ₇⁽²⁾>_q.利用多模压缩态理论,研究了态|ψ₇⁽²⁾>_q的偶数阶等阶N次方Y压缩特性.结果发现:在压缩阶数N=2p、并且P=2m+1(m=0,1,2,3,…,…)的条件下,如果各模的初始相位φj(j=1,2,3,…,q)、态间的初始相位差与各单模相干态光场的平均光子数之和 等分别满足一定的取值条件,则在这种情况下态|ψ₇⁽²⁾>_q可呈现出周期性变化的偶数阶等阶N次方Y压缩效应.     

多模复共轭奇、偶相干态光场的N次方Y压缩与N次方H压缩

利用新近提出的多模辐射场的广义非线性等阶高阶压缩理论,对多模复共轭奇、偶相干态光场的N次方Y压缩与N次方H压缩特性进行了详细研究.结果发现:①多模复共轭奇相干态光场,压缩阶数N为偶数时,只存在N-Y最小测不准态;而当腔模总数q与压缩阶数的乘积q·N为偶数时,只存在N-H最小测不准态;此外,无论N及q·N为何值,不呈现N次方Y压缩与N次方H压缩效应.②多模复共轭偶相干态光场在一定条件下可呈现出周期性变化的任意阶的N次方Y压缩与N次方H压缩效应.③多模偶相干态光场与多模复共轭偶相干态光场两者的压缩效果和压缩特性完全相同,这种现象称为“压缩简并”.     

第Ⅲ及第Ⅳ类两态叠加多模叠加态光场的等阶N次方Y压缩与等阶N次方H压缩——兼论“相似压缩”与“压缩简并”现象

本文根据量子力学中的线性叠加原理,分别构造了由多模(即q模)相干态|{Z_j}>_q与多模真空态|{0_j}>_q以及由多模相干态的相反态|{-Z_j}>_q与多模真空态|{0_j}>_q等的线性叠加所组成的第及第类两态叠加多模叠加态光场|ψ_+,3⁽²⁾>_q和|ψ_-,4⁽²⁾>_q.利用新近建立的多模压缩态理论,首次对态|ψ_+,3⁽²⁾>_q及态|ψ_-,4⁽²⁾>_q的广义非线性等阶N次方Y压缩和等阶N次方H压缩特性进行了详细研究.结果发现:1)态|ψ_+,3⁽²⁾>_q及态|ψ_-,4⁽²⁾>_q是两种典型的多模非经典光场,当各模的初始相位φ_j(j=1,2,3,…,q)或者各模的初始相位和 =φ_j以及态间的初始相位差(θ_±^(R)-θ^(0)_±)等分别满足一些特定的量子化条件时,态|ψ_+,3⁽²⁾>_q及态|ψ_-,4⁽²⁾>_q均可呈现出周期性变化的、任意阶的等阶N次方Y压缩效应和等阶N次方H压缩效应;2)当组成态|ψ_+,3⁽²⁾>_q及态|ψ_-,4⁽²⁾>_q的各对应复几率幅不相等亦即C₊^(R)≠C_-^(R)和C₊⁽⁰⁾≠C_-⁽⁰⁾时,态|ψ_+,3⁽²⁾>_q及态|ψ_-,4⁽²⁾>_q这两者的压缩条件和压缩特征虽然相同,但其压缩幅度(即压缩程度和压缩深度)却不相等,这种现象称为“相似压缩”;3)当组成态|ψ_+,3⁽²⁾>_q及态|ψ_-,4⁽²⁾>_q的各对应复几率幅相等亦即C₊^(R)=C_-^(R)和C₊⁽⁰⁾=C_-⁽⁰⁾时,态|ψ_+,3⁽²⁾>_q及态|ψ_-,4⁽²⁾>_q这两种截然不同的多模叠加态光场不仅具有完全相同的压缩条件和压缩特征,而且还具有完全相等的压缩幅度,这种现象就称为“压缩简并”.     

两不同奇相干态组成的第种四态叠加多模叠加态光场的等阶N次方Y压缩

本文构造了由两不同奇相干态组成的第Ⅲ种四态叠加多模叠加态光场|Ψ_o⁽⁴⁾,Ⅲ>_q.利用新近建立的多模压缩态理论,详细研究了态|Ψ_o⁽⁴⁾,Ⅲ>_q的广义非线性等阶N次方Y压缩特性,结果发现由不呈现等阶高阶压缩效应的两奇相干态线性叠加组成的新量子光场态|Ψ_o⁽⁴⁾,Ⅲ>_q呈现出许多奇异物理现象:1)当压缩阶数N=4m(m=1,2,3,…,…)时,态|Ψ_o⁽⁴⁾,Ⅲ>_q始终恒处于等阶N-Y最小测不准态;2)当压缩阶数N=4m-2(m=1,2,3,…,…)时,在一定条件下,态|Ψ_o⁽⁴⁾,Ⅲ>_q的某一正交分量处于等阶N-Y最小测不准态时,另一正交分量则始终既不处于等阶N-Y最小测不准态,也不呈现等阶N次方Y压缩效应,这种现象称为“半相干态”效应;在另外一些条件下,态|Ψ_o⁽⁴⁾,Ⅲ>_q的两正交分量可分别呈现出等阶N次方Y压缩效应,其压缩特性具有周期性变化的、互补对称的关系.3)当压缩阶数N为奇数时,态|Ψ_o⁽⁴⁾,Ⅲ>_q始终不会呈现等阶N次方Y压缩效应,也不处于等阶N-Y最小测不准态,但在一定条件下可呈现“半相干态”效应.     

两不同奇相干态组成的第种四态叠加多模叠加态光场的等阶N次方Y压缩

根据量子力学中的线性叠加原理,构造了由多模奇相干态与多模复共轭奇相干态这两种不同的奇相干态的线性叠加所组成的第Ⅰ种四态叠加多模叠加态光场|Ψ_o⁽⁴⁾,I〉_q,利用多模压缩态理论,研究了态|Ψ_o⁽⁴⁾,I〉_q的等阶N次方Y压缩特性.结果发现:1)当压缩阶数N为偶数时,在不同的条件下,态|Ψ_o⁽⁴⁾,I〉_q可分别呈现三种状态:a)态|Ψ_o⁽⁴⁾,I〉_q可处于等阶N-Y最小测不准态;b)态|Ψ(4)o,I〉q的第一正交分量可呈现等阶N次方Y压缩效应;c)态|Ψ_o⁽⁴⁾,I〉_q可呈现“半相干态”效应.2)当压缩阶数为奇数时,若果r₁=r₂=r,则在不同的条件下,态|Ψ_o⁽⁴⁾,I〉_q可分别呈现三种状态:a)态|Ψ_o⁽⁴⁾,I〉_q可处于等阶N-Y最小测不准态;b)态|Ψ_o⁽⁴⁾,I〉_q的第一正交分量可呈现等阶N次方Y压缩效应;c)态|Ψ_o⁽⁴⁾,I〉_q的第二正交分量可呈现等阶N次方Y压缩效应.3)“半相干态”是指在一定条件下,态|Ψ_o⁽⁴⁾,I〉_q的两个正交分量其中一个正交分量处于等阶N-Y最小测不准态,另一个正交分量既不处于等阶N-Y最小测不准态也不呈现等阶N次方Y压缩效应.