光学腔中一维玻色-哈伯德模型的奇异超固相

利用密度矩阵重整化群计算了光学腔中一维无自旋玻色-哈伯德模型的基态.通过研究超流序、局域密度分布、二阶和三阶关联函数,发现该系统出现了超越平均场理论的两个奇异超固相.这两个超固相同时具备对角和非对角长程序,其中一个展现出包络形式的密度调制振荡,另一个展现出均匀的密度分布.另外,结合光场的超辐射序参量和腔内的平均光子数,发现奇异超固相与腔光场的涨落存在密切关系.该工作给出了光学腔内玻色哈伯德模型的超越平均场理论的新物理,并提供了探索光学腔内光与物质集体物态的完整计算方法.     

动态光子晶体环境下二能级原子自发辐射场及频谱的特性

研究了光子晶体能带带边频率受到阶跃调制和三角函数周期调制两种情况下原子自发辐射场强度随时间的演化特性以及频谱的特性.阶跃调制时,调制发生后原子辐射的局域场的频率以及非局域场的构成情况都只取决于原子的跃迁频率和此时的带边频率,且都与具有相同参数条件的静态情形下的相同.调制发生时刻对自发辐射场的稳态强度有影响.三角函数周期调制时,辐射场强度在足够长时间后随时间做有衰减的准周期振荡.调制频率决定了准周期振荡的频率,并对衰减率有影响.辐射场能量在一组相邻间隔近似等于调制频率的离散频率附近形成尖锐峰值,它们的中心频率值取决于带边频率的取值范围和原子的跃迁频率,调制初相位会影响初始一段时间的辐射场强度以及辐射谱上连续谱成分的强弱.     

有限温度下腔光机械系统中N个二能级原子的相变和热力学性质

研究了含有非线性相互作用的腔机械系统中N个二能级原子在有限温度下的相变和相关的热力学性质,采用虚时路径积分方法推导出系统的配分函数,求得系统的有效作用量.通过对有效作用量进行变分得到系统的热力学平衡方程和原子布居数期待值的解析表达式,重点研究了原子-场耦合强度、非线性原子-光相互作用、非线性声子-光子相互作用等影响下系统的相变,发现除了会发生由正常相到超辐射相的二阶相变外,还会出现正常相和亚稳的超辐射态共存的现象,同时会发现三相(正常相、超辐射相、亚稳的超辐射态)共存点.有限温度的升高,会使正常相到超辐射相的二阶相变点向原子-场耦合强度增大的方向移动;当非线性原子-光相互作用(正或负)增强时,相变点会向原子-场耦合强度弱的方向移动;声子-光子相互作用会导致出现超辐射不稳定态;有限温度下,在正常相区熵为定值,而在超辐射相区熵随原子-场耦合强度的增强迅速递减为零.     

一维准周期晶格的性质及应用

准周期晶格在冷原子领域被广泛研究,它使得人们可以在一维或者二维系统里研究扩展到安德森局域的转变. 2008年, Inguscio研究组在冷原子系统里制备了一维准周期晶格,并观测到了安德森局域化现象,这极大地推动了准周期系统的理论和实验研究.后来, Bloch研究组在制备的一维和二维准周期晶格中都观测到了多体局域的现象.最近,他们还在准周期晶格中成功观测到迁移率边以及存在迁移率边的系统的多体局域现象.这些冷原子实验推动了多体局域以及迁移率边等方向的研究.准周期晶格已经成为一个平台,它对很多物理现象的影响正在被广泛研究,并可以尝试在冷原子实验中观测到这种影响.本文结合作者的一些相关工作,对一维准周期晶格一些近期的研究进行了简要综述,介绍了一些相关的重要的冷原子实验,讨论了准周期晶格的一些重要性质,以及它对一些物理现象(比如拓扑态)的影响.     

一维化学势调制的p波超导体中的拓扑量子相变

本文研究了一维公度势和非公度势调制下的p波超导量子线系统的拓扑相变.在公度势调制下,通过计算Z2拓扑不变量确定系统的相图,指出系统的拓扑相变强烈地依赖于调制参数α和相移δ.在非公度势调制下,以α=(√5-1)/2,δ=0为例,计算系统的低能激发谱、Z2拓扑不变量以及逆参与率等,发现p波配对强度△∈(0,0.33)时,系统存在拓扑非平庸超导相,拓扑平庸超导相和拓扑平庸局域相的转变.而当p波配对强度△>0.33时,系统存在拓扑非平庸超导相和拓扑平庸局域相的转变.     

光学微腔中一维费米气的磁性关联特性

对于准一维两组分费米气与光学微腔耦合的系统,证明了微腔光子的超辐射可以驱动原子系统的磁性转变,该磁性转变与原子的失谐以及费米子的填充数密切相关.对于无相互作用原子气,在超辐射相区内平均场近似合理.基于该近似,分析了不同的填充和失谐情况下体系的静态自旋结构因子,由此刻画出腔光子协助的磁性关联转变,并得到了依赖于微腔参数的相图.最后,对可行的实验参数做了相关讨论.     

原子-原子相互作用影响下Dicke模型的量子相变

原子与光腔相互作用的动力学特性的研究一直是量子光学研究的热点,本文利用自旋相干态变换和基态变分法从理论上求解光腔中冷原子系统的基态能量表达式,并且给出丰富的基态相图。在正常相时给出基态能量稳定值的解析解;而超辐射相时,我们可以利用迭代的方法近似得到原子布居数、平均光子数和基态能量随原子-场耦合强度的变化。本文主要呈现出原子-原子相互作用强度改变正常相到超辐射相的量子相变点,且是一阶相变,但未出现新的量子相和量子相变。     

光腔中两组分玻色-爱因斯坦凝聚体的受激辐射特性和量子相变

研究了单模光腔中两组分玻色-爱因斯坦凝聚的基态性质和相关的量子相变.通过利用自旋相干态变换将等效赝自旋哈密顿算符对角化并求得基态能量泛函.基态能量泛函对其经典场变量进行变分并取极小值,得到光子数解和相边界曲线.通过稳定性讨论发现系统除了出现正常相和超辐射相之外,还得到了多稳的宏观量子态;受激辐射来自于原子数反转的集体态,单组分的Dicke系统中并没有此现象;受激辐射只能从一组分的原子中产生,而另外的仍保持在普通超辐射状态.通过调整相关的原子-场耦合强度和频率失谐,超辐射和受激辐射态的顺序可以在原子的两个组分之间互换.     

两模光机械系统中超冷原子的量子相变

Dicke模型(DM)用于描述单模玻色光场与多个全同二能级原子相互作用。本文利用自旋相干态变分法得到两模光机械系统中基态能量的精确解,并通过变分法求得相变点并画出基态相图,并在此基础上研究原子-场耦合强度等系统参数对基态稳定性的影响。通过稳定性讨论,我们发现:原子-光子耦合常数g和光子-声子耦合常量ζ都会对光机械系统的基态特性产生影响。当双模光腔变成单模光腔时,机械振子能诱导超辐射相的塌缩;而且当光子-声子耦合强度大时,超辐射相被完全压制,而直接出现两原子能级之间的转移;存在不稳定的非零光子态,类似于超辐射态。光机械腔中光子-声子耦合诱导的超辐射态的塌缩和复苏是不同于光腔内囚禁的BEC系统,即机械振子不存在时的情况,而双模光腔对量子相变点和相图预期也会有影响。可见,分析机械振子的对多稳性和相关的量子相变的影响是非常有意义的课题。     

噪声对双势阱玻色-爱因斯坦凝聚体系自俘获现象的影响

研究了对称双势阱玻色-爱因斯坦凝聚体系(BEC)存在均匀噪声或高斯噪声时的自俘获现象.结果发现噪声的存在破坏了自俘获现象的临界行为特征，使得原来约瑟夫森振荡和自俘获之间的临界点变成了一个过渡区域，而且噪声强度越大，这个过渡区域展得越宽.同时发现，对于确定的相互作用强度，当噪声强度增大到一定程度时，相平面会出现混乱，如果这时固定噪声强度增大相互作用强度，相平面中的轨道会重新出现.对纯量子系统加噪声后，自俘获同样不存在临界值，而是存在一个临界区域，且随噪声的增强临界区域会展宽.与平均场近似情况下不同的是，纯量子情况下噪声促进自俘获的产生，且噪声越强自俘获越明显. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 自俘获 双势阱 噪声     

Fermi超流气体在unitarity区域和Bose-Einstein 凝聚区域的自俘获现象研究

在平均场理论和两模近似下,通过观察布居数差随时间的演化, 以及布居数差的平均随非线性相互作用参数的变化, 研究了对称双势阱以及势阱间高频调制时Fermi超流气体在unitarity区域和Bose-Einstein凝聚区域的自俘获现象. 给出了出现自俘获现象的边界条件;发现高频调制在一定调制范围内使自俘获现象更容易实现. 最后研究了初值对自俘获的影响, 发现初值的绝对值|s(0)|的增加更有利于自俘获的实现.     

双光子过程耗散耦合腔阵列中的量子相变

基于准玻色方法, 利用平均场理论解析求解了环境作用下双光子过程耦合腔阵列体系的哈密顿量, 得到了体系序参量的解析表达式, 并讨论了耗散对体系超流-Mott绝缘相变的影响. 研究结果表明: 双光子共振情况下系统重铸相干的腔间耦合率临界值为(ZJ/β)= (ZJ/β)_c'≈ 0.34;双光子相互作用过程比单光子过程具有更大的耗散率, 系统维持长程相干状态的时间更短, 而实现重铸相干的腔间耦合率的临界值更大.     

变分法研究二维光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚的调制不稳定性

利用含时变分法研究了二维光晶格中准二维玻色-爱因斯坦凝聚中的调制不稳定性. 在平均场近似下, 由准二维Gross-Pitaevskii方程出发, 利用变分法给出了调制波振幅和相位所满足的时间演化方程, 通过求解时间演化方程和能量分析法给出了发生调制不稳定性的条件, 决定于平面波振幅, 晶格强度, 调制波的波矢量和原子之间的两体相互作用.     

二维胶体玻璃中玻色峰与结构无序度的关联

本文从实验上研究了胶体玻璃在相同面密度下随着体系结构无序程度的增加, 振动态密度和玻色峰的变化规律. 通过调制两种不同粒径的温敏性水凝胶的数量比来改变体系的无序程度. 通过分析无序体系的声子模式得到体系的振动特性. 研究发现, 随着无序度的增加, 态密度在低频区域增强、玻色峰增高、玻色峰的峰值向低频区域移动. 不同无序程度的样品引起玻色峰的低频声子模式都表现出准局域的特点, 且低频准局域声子模式与样品中无序结构存在关联.     

Fermi超流气体在unitarity区域和Bose-Einstein凝聚区域的自俘获现象研究米

在平均场理论和两模近似下，通过观察布居数差随时间的演化，以及布居数差的平均随非线性相互作用参数的变化，研究了对称双势阱以及势阱问高频调制时Fermi超流气体在unitarity区域和Bose-Einstein凝聚区域的自俘获现象．给出了出现自俘获现象的边界条件；发现高频调制在一定调制范围内使自俘获现象更容易实现．最后研究了初值对自俘获的影响，发现初值的绝对值︳s（O）︳的增加更有利于自俘获的实现．     

Kerr介质中双原子-压缩真空场系统的腔场谱

研究了含Kerr介质腔中耦合双原子间与双模均处于压缩真空态的光场拉曼相互作用过程的腔场谱.通过求解本征方程导出了双模光场处于任意强度时腔场谱的计算公式,给出了数值计算结果.发现在两模初始场均为弱场时,Kerr介质和原子间的耦合作用对谱结构的影响较小;当双模初始场均为强场时,两模主峰的右侧出现了半梳状边峰,随Kerr效应的增强,峰间距逐渐加宽,并向高频方向扩展,在Kerr效应较强时,两模边峰的峰高出现高低相间的现象.     

二维随机介质中柱面波传播及其局域性的随机泛函分析

分析了二维各向同性均匀随机介质中柱面波的传播特性及局域化现象.用随机泛函理论,在频域内将随机介电起伏展开成柱坐标系下的Wiener积分式,将波场表示为内外行柱面波的线性和,求解二维Helmholtz波动方程,得到随机介电起伏对柱面波幅度与相位调制的解析表达.由柱面波能量的空间分布验证了波的局域化现象,并求解局域化长度.二维随机介质中平面波按柱面波展开的波转换方程与非随机介质中的情形有相似的表达,但具有随机介电起伏对幅度和相位的调制,并给出数值模拟结果.     

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.     

基于减反膜外腔反馈半导体激光器拉曼光的产生

通过直接对减反膜外腔反馈半导体激光器进行电流调制的方法,得到了两束位相锁定且频率差在6.0-9.3GHz范围内连续可调的激光,其中6.835和9.192GHz分别对应Rb⁸⁷和Cs¹³³原子基态超精细能级之间的频率差,激光功率分别可以达到6.87mW和5.09mW. 根据减反膜外腔反馈半导体激光器的特点,通过调整外腔腔长、激光器工作温度、电流以及所加射频调制信号的功率和频率,在调制频率小于等于4.0GHz时可以将载波完全压制. 调制频率大于4.0GHz时,虽不能将载波完全压制,但由于外腔与调制频率共振时对调制的增强也得到了调制深度很高的激光,并对其中的物理机理作了分析. 通过后续滤波等方法处理以后,该拉曼光源可以广泛应用到原子的量子操控中. 关键词： 受激拉曼光 高频调制 调制增强     

力学性能对Bi-2223/Ag超导带材临界电流影响实验研究

本文主要研究了在77K温度下,拉伸应变和弯曲应变对Bi-2223/Ag超导带材临界电流的影响,得到了超导带材的临界电流随拉伸强度、曲率半径变化规律.实验结果显明,拉伸作用在超导带材上产生的形变对其临界电流(Ic)的影响存在一个临界值εirr=0.3%.形变小于此临界值,Ic变化较小,超过此临界值,临界电流急剧下降.弯曲实验同样存在类似关系.同步辐射光源对超导带材检测表明,在形变情况下,超导氧化物陶瓷芯的微裂纹迅速增加和交织是Ic降低的主要原因.