微波场驱动下V型三能级原子的吸收和色散特性

当用微波场作用到V型三能级原子的两个激发态能级时,系统跃迁路径之间发生交叉耦合导致了量子相干效应.通过调节微波场的强度,可实现对原子吸收和色散性质的改变,并呈现零吸收高折射率现象.此外,微波场诱导的量子相干也可实现相对相位对探测光增益的控制.     

混合原子光机械系统中的量子相干控制

研究了原子相干及量子相干对混合原子光机械系统输出特性的影响。应用微扰方法及光腔的输入输出理论求解Langevin方程,得到了混合原子光机械系统对弱探测场的响应函数。分析了腔模与原子系统的耦合强度、量子干涉效应对混合原子光机械系统输出特性的影响。研究发现,控制原子系统的量子干涉效应,即可控制混合原子光机械系统的输出特性;改变原子系统的控制场强度,便可改变混合原子光机械系统的透明窗口宽度,从而得到由原子吸收谱调制的光机械系统的吸收谱;在光机械系统透明窗口中心区域可实现探测场的放大;改变原子系统中控制场或耦合场的失谐量,可以控制混合原子光机械系统的透明窗口位置。     

微波驱动双模四能级单原子中连续变量纠缠的制备

通过两个经典微波场驱动相应的原子精细跃迁诱导产生原子相干, 研究在双模单原子激光器中连续变量量子纠缠的制备和演化. 研究结果表明: 微波场强度可以有效地控制腔场纠缠特性; 通过调节相应的频率失谐, 能够同步增加腔场总的平均光子数、腔模间的纠缠时间和强度. 关键词： 四能级单原子 原子相干 连续变量纠缠     

光学-射频场双驱动原子系统中的透明与吸收特性的调控

光与物质的相互作用可以产生许多奇特的量子光学现象,电磁诱导透明和电磁诱导吸收是其中最典型的现象.本文在通常的Λ型三能级系统中引入射频场作用于激发态的精细结构能级之间,组成光学-射频双驱动场共同激发原子的相干跃迁,使系统的吸收特性出现电磁诱导透明和电磁诱导吸收两种量子相干效应.通过讨论双驱动场开启后直到系统达到稳定的量子相干过程,分析电磁诱导透明和电磁诱导吸收随时间的产生和转化,得到两种量子相干现象之间的关联性及对其进行量子调控的方法.     

基于原子的微波场测量

本文分别综述了基于热原子、冷原子体系的微波场测量的研究进展,以及基于纠缠原子的高灵敏微波电场测量的最新结果。文中详细介绍了基于原子的微波场测量与实验进展,内容主要包括:热原子样品中,利用里德堡原子的电磁感应透明效应和Autler-Townes效应,实现微波电场的场强测量和微波电场空间分布特征的亚波长空间高分辨率成像。冷原子样品中,介绍了相邻里德堡态与微波的相干耦合强度受微波功率的影响,以及通过铷原子基态超精细能级与微波相干耦合振荡,实现基于原子的新型微波功率标准的研究。此外,利用冷原子探针实现微米级空间分辨率的二维微波场场强分布测量。最后我们对采用原子的量子纠缠态提高微波场强探测灵敏度的技术方案进行了讨论,量子纠缠的引入将有望使微波探测的灵敏度突破标准量子极限,获得优于传统雷达探测灵敏度的测量结果。     

依赖强度耦合三光子过程下运动原子最佳熵压缩态的制备

为了研究三光子过程中原子与相干态耦合量子体系信息熵压缩随时间演化规律及原子最佳信息熵压缩态的制备,我们采用全量子理论,推导出运动原子与单模简并三光子依赖强度耦合量子体系的精确解;理论上给出制备原子最佳信息熵压缩态的充分及必要条件,并进行了数值模拟验证.研究结果表明:控制相干态场与原子作用时间,切断相干态场与原子的纠缠,选择二能级原子处于等权重相干叠加态,适当选取相干态场与原子的初始位相,可以制备出原子最佳量子信息熵压缩态;调节光腔中场模结构参量,能够得到连续的量子信息熵压缩态.该研究结果在多光子过程低噪声量子信息处理中具有一定意义.     

铷原子蒸气中超精细基态的双光子相干操控

二能级量子体系的相干操控对于精密测量和量子信息处理非常重要,如原子钟、原子干涉仪和量子计算等。在实验上观察到相干微波-射频(MW-RF)场驱动下的铷原子超精细基态的双光子Rabi振荡现象。基于塞曼子能级之间热弛豫过程的标定和微波跃迁的测量,清晰地分辨出叠加有热弛豫过程的原子态布居相干振荡。实验测得并详细讨论了广义Rabi频率与中间态失谐和微波/射频功率的关系。当中间态失谐较大时,实验结果与等效二能级理论模型非常吻合;但当中间态失谐较小时,少量原子占据中间态造成实测的Rabi频率偏离理论值。这些结果为二能级量子系统的相干操控提供了有力的理论支持。     

非旋波耦合条件下微波控制的光学双稳与多稳

研究了在非旋波耦合条件下微波场建立的原子相干对光学双稳与多稳的控制.通过改变微波场的初始相位,可以有效地控制双稳与多稳的存在与否、迟滞环宽度和阈值强度的高低.旋波和非旋波耦合在物理上可视为双色激发,耦合的能级分裂成无穷多个子能级,原来的裸态跃迁变成无穷多个不同频率的跃迁.这些跃迁的相干叠加决定了介质的非线性吸收与色散,相干叠加的结果取决于微波场的相位. 关键词： 原子相干 非旋波耦合 光学双稳与多稳 相位控制     

通过Raman相互作用隐形传送未知多原子纠缠态

基于多粒子纠缠态在证明量子非定域性和量子信息处理方面的重要应用,提出一种方案隐形传送未知原子纠缠态.方案基于Λ型三能级原子与单模腔场的简并Raman相互作用.首先让n个原子相继通过一个相干腔场来制备量子通道.然后发送者让携带未知纠缠态的另n个原子相继通过相干腔场并通过对原子与腔场的探测作联合测量.当｜α｜1时,可以用探测正交态的方法探测腔场.最后接收者根据由经典通道得到的联合测量结果重构初始态.方案的特点是用一个相干态与多个原子的纠缠态作为量子通道,简单易行.该方案有望在证明量子非定域性和量子信息过程中有重要的应用价值.     

利用Ⅴ型三能级原子与相干态光场Raman相互作用传送未知奇偶相干态

描述了简并Ⅴ型三能级原子与单模相干态光场的Raman相互作用,获得了处于激发态单态的原子与相干态光场相互作用的结果.利用探测原子与光场的相互作用将原子和探测光场制备成最大纠缠态,并将原子注入待测任一奇偶相干叠加态,通过原子与待测腔模构成的Bell基矢演化,对原子进行选择性探测,获得奇偶相干叠加态与原子相互作用后可能的量子状态,然后对待测腔场与原子进行联合探测,接着对所测奇偶相干态腔场的量子状态实施么正变换,就将探测腔场制备到待测腔场的初始量子态上,从而实现未知奇偶相干态的隐形传送.     

Controlling group velocity in a superconductive quantum circuit

We investigate the controllable group velocity of a microwave probe field in a superconductive quantum circuit(SQC) pumped by microwave fields,and the use of such a SQC function as an artificial Λ-type three-level atom.The exchange between the subluminal and the superluminal states of the probe field can be realized simply by sweeping the pumping intensity,and the superluminal state is usually realized with a lower absorption.This work is one of the efforts to extend the study of electromagnetically induced transparency and its related properties from the lightwave band to the microwave band.     

Coherent spectroscopy of a strongly driven triple quantum dot molecule

Based on a calculation model,we study the interference phenomena of serially coupled V-type and Λ-type triple quantum dots (CTQDs) driven simultaneously by a strong driving field and a weak probe field.Strongly depending on the configuration of the three-level CTQD,the probe absorption spectra,which are shown in the tunneling current,exhibit various quantum coherence properties.In the case where the two pairs of transitions of the CTQD have a small eigenfrequency difference △ω,the double-coupling effect of the driving field results in two Autler-Townes doublets and one weak Mollow triplet in one spectrum.With the value of △ω increasing,only one Autler-Townes splitting remains due to the single-coupling of the field.We also find that the effect of spontaneous emission of phonons may lead to an obvious background current,which can be used to distinguish which transition is driven by the driving field in experiment.The interesting quantum property of a CTQD revealed in our results suggests its potential applications in quantum modulators and quantum logic devices.     

三能级闭环λ原子系统中吸收和色散的相位依赖特性

在微波场闭合的三能级Lambda系统中计算了弱探测场的吸收和色散特性,发现闭合原子系统中的量子干涉导致弱探测场的吸收和色散特性依赖于施加场的相对位相。通过调节相对位相,获得了大的无反转增益和零吸收的高折射率。在三光子非共振的情况下,探测增益和吸收呈现随时间的振荡行为。     

Phase and amplitude control of the inversionless gain in a microwave-driven <Emphasis Type="Bold">Λ</Emphasis>-type atomic system

In order to achieve the phase-sensitive probe gain without population inversion, we investigate a three-level Λ-type atomic system driven by a coherent field and a microwave field. It is shown that, by modulating the relative phase of applied fields, we can obtain quite high inversionless gain at different probe detunings and change the gain behavior of the probe correspondingly. We find that amplitudes of the coherent field and the microwave field are also important factors that can result in different gain behavior of the probe. Here, we use the microwave field to induce the quantum coherence between the two ground levels, which is necessary for phase-sensitive effects, since it can result in the interference between two different transition channels. Received 20 June 2002 / Received in final form 5 December 2002 Published online 4 March 2003     

三能级电磁感应透明中辐射场的量子统计特性

对Λ型三能级原子电磁感应透明（EIT）过程中辐射场的二阶相干度进行了研究。理论分析表明，在电磁感应透明系统中，由于原子的相干效应导致其上能级共振荧光场的二阶相干度将呈现单光子场的量子统计特性。并对其随耦合场强度和探测光失谐的变化进行了详细的分析和讨论，结果发现：在｜Ω｜〉（Γ2＋Γ3）／2情况下．采用较弱的耦合光功率（由托比频率Ω表征）及较大的探测光失谐，在较长时间延迟范围内，二阶相十度保持小于1，更利于实现非经典场的量子统计行为；相反，在｜Ω｜≤（Γ2＋Γ3）／2情况下，探测光的失谐量越小，越利于获得二阶相干度小于1的量子统计光场。南此可见选取合适的参量可优化电磁感应透明过程中单光子场的量子统计特性。     

一种广义三模腔光机械系统的相干完美吸收与透射

提出了一种广义的三模式腔光机械系统,系统的中间是一个反射率为100%的可移动的全反射机械振子,两侧均由一个部分透射的固定光学腔镜构成.其中两个光学腔由一束较强的控制场和一束较弱的信号场驱动与同一个机械振子实现耦合.较弱的信号场将会被该系统完全吸收而不产生任何能量输出,并且当相干完美吸收产生时,输入信号场的能量将由两个腔场和机械模共同分担;较弱的输入信号场由一个腔完美透视到另一个腔而不产生任何的能量损耗.分析与数值结果显示,在不同参数机制下,在该三模光机械系统中可以实现相干完美吸收、相干完美透射和相干完美合成的量子现象.此外,改变腔与腔之间的耦合度,可以实现输出探测场在相干完美吸收和相干完美透射之间转换;通过简单的相位调制,可以实现探测场左腔-右腔的输出和输入方向的互换.这些动态控制在量子信息网络可用来构造光子开关、光子路由、光子交换机等一些特殊功能的光子学器件.     

计及激子-双激子相干下半导体单量子点中的空间光孤子对

考虑激子-双激子的相干效应, 解析地研究了半导体单量子点中探测光和信号光的吸收特性和非线性传播特性.结果发现, 在线性条件下, 单量子点中出现电磁感应透明现象; 进一步分析可得, 电磁感应透明所呈现的是单窗口或双窗口或光学增益均可通过调节控制光强加以控制.在非线性条件下, 弱信号光诱导弱探测光产生两个分量, 这两个分量在系统中所激发的自克尔和交叉克尔 非线性效应与系统的衍射效应相平衡从而形成稳定的亮-亮, 亮-暗, 暗-暗等空间光孤子对. 关键词： 半导体量子点 电磁感应透明 空间光孤子对     

空场诱导相干性对倒转Y型四能级原子系统中单光子和双光子吸收性质的影响

当倒转Y-型四能级原子的两基态能级邻近简并时,连接基态的两个跃迁路径与同一个真空场辐射场相互作用导致的量子干涉效应便产生了空场诱导相干性.空场诱导相干性能使倒转Y-型四能级原子在共振点的单光子和双光子电磁诱导透明现象减弱,而在其他失谐量处产生单光子增益现象。同时,外加相干光场的相对相位对原子的吸收性质有重要的影响.     

Effects of the upper level coupling field on lasing without inversion in a V-type system

Driven by one upper level coupling field, a three-level V-type atomic system with a pair of upper levels is studied. With one strong coupling field and one weak probe field, it is found that, due to the effects of the upper level coupling field, the quantum coherence between the two upper levels can be induced, and the absorption of the probing field is very sensitive to the relative phase of the probe, the pumping and the upper level coupling fields. With proper parameters, lasing without inversion (LWI) can be realized.