利用基频与倍频脉冲控制扩展“ladder”式跃迁

利用含时量子波包动力学方法研究了两束基频与倍频脉冲控制下的扩展"ladder"式跃迁.通过基频与2倍频脉冲控制分子布居从|0,0态跃迁至|5,0与|5,2态;基频与3倍频脉冲控制分子布居从|0,0态跃迁至|5,3?与|6,2态.计算结果表明,利用两束基频与倍频脉冲,通过"ladder"式跃迁,可以得到近100%的布居跃迁概率.两束脉冲间的相对相位角影响分子的布居分布.当脉冲频率比为1:2时,布居以π为周期变化;当脉冲频率比为1:3时,布居以2π为周期变化.     

利用多光子跃迁控制基态HF分子布居转移

采用波包动力学方法研究了HF分子基电子态的多光子跃迁. 激光场由两束频率比为1:2的重合红外脉冲构成. 态|0,0>作为初始态, 态|4,0>与态|4,2>分别作为目标态. 计算结果表明, 通过选取不同的共振频率, 可以控制布居跃迁至不同的目标态. 两束脉冲间的初相位差可以控制布居转移概率. 当初相位差为π/2的偶数倍时, 布居转移概率为最大值. 当初相位差为π/2的奇数倍时, 布居转移概率为最小值. 初相位差对于态|4,0>的布居影响大于态|4,2>. 关键词： 多光子跃迁 初相位 布居转移 波包     

通过双Σ型激光方案控制振动态布居转移

通过使用含时量子波包方法,对HF分子该类型的布居转移动力学进行了研究. 提出双Σ型激光控制方案,用于控制布居从|v=16>能级向|v=0>能级进行转移. 该方案的第一步是将布居从|v=16>经过中间能级|v=11>向|v=7>转移,第二步是将布居从|v=7>经过中间能级|v=3>向|v=0>转移. 在每一个步骤中,三个振动能级在两束重叠的激光脉冲作用下形成一个Σ型的布居转移路径. 通过优化激光的强度、频率和延迟时间,得到了最大的布居转移效率. 计算并比较了正序脉冲和反序脉冲两种情况,在这两种情况下,布居都可以超过90%从|v=16>能级向|v=0>能级进行转移.     

Selective Alignment of D2 Induced by Two Ultrashort Laser Pulses

通过求解D₂分子在飞秒激光场中的含时薛定谔方程,研究了室温下D₂分子在超快飞秒激光驱动下的的转动波包动力学. 选择用第一束超短飞秒脉冲与温度为300 K的D₂分子系综相互作用产生一个相干转动波包,用第二束超短飞秒脉冲在波包的1/4和3/4恢复周期选择操纵D₂分子取向. 研究结果表明,通过选择两束超短飞秒脉冲的延迟时间,可以有效控制D₂分子转动波包中奇偶态的相对布居,从而选择性的控制D₂分子取向.     

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.     

一种新型的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

本文根据量子力学中的线性叠加原理,构造了由多模(即q模)相干态的相反态|{-Z_j}〉_q及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一种新型的两态叠加多模叠加态光场|ψ_msc⁽²⁾〉_q.利用新近建立的多模辐射场的广义非线性等阶高阶压缩理论,研究了态|ψ_msc⁽²⁾〉_q的广义非线性等阶N次方Y压缩特性.结果发现,1)当压缩阶数N=2P且P=2m(m=1,2,3,…,…)时,态|ψ_msc⁽²⁾〉_q恒处于N-Y最小测不准态;2)当N=2P且P=2m’+1(m’=0,1,2,…,…)时,如果各模的初始相位φ_j、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∑_j=1^qR_j²即[(θ_pq^(R)-θ_nq^(I))-∑_j=1^qR_j²]满足一定的量子化条件,态|ψ_msc⁽²⁾〉_q可呈现周期性变化的、任意阶的等阶N次方Y压缩效应;3)当N为奇数时,态|ψ_msc⁽²⁾〉_q在一定条件下恒处于N-Y测不准态;4)态|ψ_msc⁽²⁾〉_q与文献21中的态|ψ⁽²⁾〉_q出现部分压缩简并现象,从而更进一步表明压缩简并现象的存在是有某种客观内在联系的.     

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Ⅲ种四态叠加多模叠加态光场的等阶N次方H压缩

本文构造了由两不同奇相干态组成的第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H压缩特性,结果发现由多模奇相干态|ψ,_o〉_q和多模虚奇相干态|ψ_i⁽²⁾,_o〉_q这两者线性叠加所组成的新量子光场态、|ψ_o⁽⁴⁾,Ⅲ〉_q是一种典型的非经典光场.1)当腔模总数q与压缩阶数N的乘积q·N为偶数、且qN=4m(m=1,2,3,…,…)时,态|ψ_o⁽⁴⁾,Ⅲ〉_q恒处于等阶N-H最小测不准态,与其它参量的取值无关;2)当qN为偶数、且qN=4m-2(m=1,2,3,…,…)时,(i)态|ψ_o⁽⁴⁾,Ⅲ〉_q可呈现等阶N次方H压缩效应,其两正交分量的压缩特性呈现周期性变化的、互补对称关系;(ii)态|ψ_o⁽⁴⁾,Ⅲ〉_q可呈现“半相干态”效应.3)当qN为奇数时,态|ψ_o⁽⁴⁾,Ⅲ〉_q始终不呈现等阶N次方H压缩效应,也不处于等阶N-H最小测不准态,但在一定条件下可呈现“半相干态”效应.     

HF和DF分子双光子布居转移过程中的同位素效应

通过求解含时薛定谔方程,研究了XF(X=H,D)分子体系双光子共振条件下布居转移过程中的同位素效应.对于这两个分子体系,基电子态上的振动能级v=0和v=2被考虑成初始态和目标态.详细讨论了激光场峰值强度和脉冲持续时间对布居转移过程的影响.脉冲持续时间需要长于860 fs才能保证DF分子体系可以获得较为显著的布居转移几率(大于80%),而对于HF分子体系,该参数只需长于460 fs.与HF分子体系相比,中间态v=1和较高的v=3振动态会对DF分子体系的双光子共振布居转移过程产生更重要的影响.     

第Ⅰ类两态叠加多模叠加态光场的非线性高阶压缩特性研究

本文在文献20的基础上进一步提出了多模辐射场的N-Y最小测不准态、N-H最小测不准态、N-Y压缩最小测不准态以及N-H压缩最小测不准态等的定义.构造了由多模(q模)相干态|{Z_j}>_q及其相反态|{-Z_j}>_q的线性叠加所组成的第Ⅰ类两态叠加多模叠加态光场|ψ₁⁽²⁾>_q,利用文献20新近提出的有关多模辐射场的两种非线性高阶压缩的定义,首次对态|ψ₁⁽²⁾>_q的N次方Y压缩及N次方H压缩效应进行了详细研究.结果表明,1)当N为偶数时,态|ψ₁⁽²⁾>_q恒处于N-Y最小测不准态;当N为奇数时,态|ψ₁⁽²⁾>_q在一定条件下可呈现出周期性变化的、任意阶的N次方Y压缩效应.2)当q·N为偶数时,态|ψ₁⁽²⁾>_q恒处于N-H最小测不准态;当q·N为奇数时,在另外的条件下,态|ψ₁⁽²⁾>_q则可呈现出周期性变化的、任意阶的N次方H压缩效应.3)N次方Y压缩及N次方H压缩效应的压缩深度与腔模总数q、压缩参数R_j以及压缩阶数N等非线性相关,后者与上述参量的非线性关联程度要比前者的更强.     

Grover量子搜索算法的一般化多相位匹配

一个量子系统将不可避免地受到不可预知的微扰影响,据此断定文献中的Grover量子搜索算法的实验实现是在三维复子空间中完成的.同时证明在二维复子空间中,对任意给定的初始态|γ0＞=cosβ0| α＞+sinβ0eiζ|β＞(β0是较小的正实数,ζ是任意的一个实数),存在解集Fj={(θj,θj-1,…,θ1),(φj,φj-1,…,φ1)}(整数j≥2)使得目标态能以100％的最大成功概率找到,其中相位旋转角θj和φl是不为2k’π的实数(1≤l≤j,k’为任意整数).如果只要求目标态以较高的成功概率找到,那么当一个无序数据库中目标态和非目标态的总个数足够大时,对于相对较小的正整数j,解集Fj可表示为j∑l=1θl=j∑l=1φl的形式.     

Stimulated Raman adiabatic passage in fields with stochastic amplitudes

A theoretical analysis is presented of the effect of correlation between fluctuations of laser pulse amplitudes on population transfer between the states of a three-level atom coupled by the laser field. The carrier frequencies of the pulses are tuned to resonance with the transitions between the ground and excited states, |〈 and | 2〈, and the excited and metastable states, |2〈 and |3〈, in a lambda-type configuration. The laser pulses are timed so that population transfer between states |1〈 and | 3〈 is made possible by stimulated Raman adiabatic passage (STIRAP) in the absence of fluctuations. STIRAP does not occur when the laser fields are not correlated. When the fluctuations of one pulse amplitude duplicate those of the other, STIRAP can be observed for pulse amplitudes larger than those required in the absence of fluctuations.     

Stimulated Raman adiabatic passage with temporal pulselets

Stimulated Raman adiabatic passage (STIRAP) is a well established technique whereby two pulses, S preceding P, induce complete population transfer between states 1 and 3 of a three-state chain, 1-2-3. Traditionally, the S and P pulse envelopes are taken as positive (often with Gaussian form of time dependence). However, when the envelope undergoes a sign change during the pulse, as occurs with pulses in which an abrupt phase change of π occurs and whose temporal area (time-integrated Rabi frequency) is zero, then the simple population transfer need not occur. Instead there may occur multiple adiabatic passages, in which the population may ultimately be left in either state 1 (a double STIRAP) or state 3 (a triple STIRAP) or, with suitable pulse delay, in a superposition of these two states. These adiabatic changes offer possibilities to produce final-state probability amplitudes with either positive or negative signs. We here show simulated examples of such behavior, and discuss the adiabatic conditions needed for such excitation to occur.     

Cross-Polarized Single Photon Emission from Single Semiconductor Quantum Dots with V-Type Level Driven by Pulse Field

The statistic properties of photon emissions from single semiconductor quantum dots with V-type level driven by pulses are investigated theoretically. Based on quantum regression theorem and master equations, the dynamic equations of the second-order correlation function of the photon emissions are deduced. The calculated results reveal that the efficiency of single photon emissions from two orthogonal polarization eigenstates |x〉and |y〉) reaches the maximum when the input pulses area is about π, and the probability of the cross-polarized single photon emission from |x 〉 and |y 〉decreases with increasing of pulse width.     

Effect of Carried-Envelope Phase on Transient Process in a Cascade-Type System

This paper investigates the effect of carried-envelope phase on transient process in a cascade-type atomic system, which is driven by two ultrashort laser pulses （probe and signal laser）. It is found that the one- and two-photon processes corresponding to pathway ｜0〉→｜1〉and ｜0〉→｜1〉→｜2〉 can be enhanced or ,suppressed by modulating the carried-envelope phases of probe laser pulse. Our numerical results also show that the transient populations of two excited states can be periodically affected by the carried-envelope phase of probe laser pulse. With certain time, the partial population transfer between two exited states can be realized just by adjusting the carried-envelope phase of probe laser pulse.     

蓝移阱中单个铯原子基态磁不敏感态的相干操控

单个中性原子的超精细微波跃迁能级的相干性是基于中性原子量子计算、量子信息处理和量子模拟的基础.我们在实验上利用微波双光子拉曼过程实现了蓝移阱中铯原子基态超精细态|6S1/2,F=3,mF=-1〉和|6S1/2,F=4,mF=1〉间的相干操控,并研究了其相对能级频移随磁场的变化,获得了"魔术"磁场的大小为1.4(2)Gauss(1 Gauss=10-4 T).结果表明,利用魔术磁场可大幅改善超精细态|6S1/2,F=3,mF=-1?和|6S1/2,F=4,mF=1〉之间的相干性,测量到的相干时间可达1.0(1)s.     

一维非厄密光子晶格中分叉可调无衍射光传输

理论计算和数值模拟了一维周期性复式光子晶格中光的分叉无衍射传输现象。当晶格满足退化的SSH模型时,波矢为±π的入射光将分裂为两束完全相同的对称无衍射光,且分叉夹角可通过耦合系数J来调节;在此基础上,通过微扰波导作用引入了调制相位φ,当微扰满足宇称时间对称时,只要入射光波矢k与调制相位φ之和为±π便能实现任意入射光波的无衍射分叉传输。进一步研究表明,次近邻耦合作用可以调控两个无衍射分叉光束的传输角度及其分功比。本研究为光学开关及未来全光路的设计提供了理论指导。     

第Ⅵ类两态叠加多模叠加态光场的广义非线性等阶N次方H压缩

本文根据量子力学中的线性叠加原理,构造了由多模相干态|{Z_j}〉_q与多模虚相干态|{iZ_j}〉_q这两者的线性叠加所组成的第类两态叠加多模叠加态光场|φ^₆(2)〉_q.利用多模压缩态理论,研究了态|φ^₆(2)〉_q的广义非线性等阶N次方H压缩特性.结果发现:1)在腔模总数q与压缩阶数N这两者之积取偶数亦即qN=2p的条件下,如果p=2l(l=1,2,3,…,…),则无论各模的初始相位和∑_j=1^qφ_j、态间的初始相位差(θ_pq^(R)-θ_pq^(I))以及各单模相干态光场的平均光子数之和∑_j=1^qR_j²等如何变化,态|φ^₆(2)〉_q总是恒处于等阶N-H最小测不准态.2)在qN=2p的条件下,如果p=2l+1(l=0,1,2,3,…,…),则当∑_j=1^qφ_j、(θ_pq^(R)-θ_q^(I))、∑_j=1^qR_j²、[(θ_pq^(R)-θ_q^(I))-∑_j=1^qR_j²]等分别满足一定的量子条件(或者在一些特定的闭区间内连续取值)时,态|φ^₆(2)〉_q总可呈现出周期性变化的等阶N次方H压缩效应.     

三能级原子与少周期脉冲串作用中的相干布居捕获

研究了少周期脉冲串作用下三能级原子中的布居转移和相干布居捕获现象.在非旋波近似的情况下求解了密度矩阵方程.研究结果表明在等时间间隔的锁相脉冲作用下,系统能级的布居逐步转移并积累,系统基态相干也逐步积累.在满足脉冲重复频率为基态能级频差的整数分之一倍时,三能级系统和频率梳中两梳齿频率成分作用形成相干布居捕获现象,原子暗态布居值达到最大,介质对脉冲透明.在适当选取少周期脉冲参量的情况下,在0.5个ns的时间内三能级系统相干性演化到最大后到达稳态,相干布居捕获发生.与脉宽为100个fs的多周期脉冲相比,少周期脉冲串在介质中建立相干布居捕获的时间缩短两个数量级.由于频率梳中与三能级系统发生作用的梳频成份有相同的频移,相干布居捕获的条件双光子共振仍然满足.因而,当两基态能级频率差较大时,如果选取少周期脉冲载波频率为系统能级1至2和1至3的传输频率之和的一半ω=(ω₁+ω₂)/2,室温下原子热运动的引起的多普勒频移并不会破坏相干布居捕获.