二次谐波系统在浑沌态下的光子统计

数值分析了调制泵浦作用下的二次谐波产生系统的浑沌动力学行为.考虑到混沌运动的遍历性,提出一种研究浑沌态光场光子统计的数值方法,即通过数值积分求解系统动力学方程估计光子数的系统平均.运用这一方法于二次谐波系统,计算了其在浑沌态下的光子统计分布,结果表明是一种超Poisson分布.     

二次谐波系统在浑沌态下的高阶矩统计行为

运用文献1中给出的研究浑沌态光场光子统计的一般方法,研究了调制泵浦作用下的二次谐波产生系统在浑沌态下的高阶矩统计行为.研究表明:系统在浑沌态下,光子数的高阶矩随阶数而增大,腔模损耗条件对高阶矩的值有明显影响.     

三次谐波系统在混沌状态下光场的统计特性

数值分析了三次谐波系统在混沌状态下光场的统计特性。三次谐波混沌状态下光场统计服从超泊松分布,谐波光场涨落皆大于基波光场涨落,这种光场涨落随系统最大李亚普诺夫指数增大而无规律地发生起伏变化。     

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.     

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     

非等同两原子与双模叠加态腔场的拉曼相互作用

研究了处于双模腔中的两个非等同二能级原子与叠加态光场的拉曼相互作用,推导出了两模光场均处于光子数态和任意叠加态时腔场谱的计算公式,给出了两模初始场为相干态和压缩真空态时谱结构的数值结果,讨论了相对耦合常数R=g2/g1和初始场强对腔场谱的影响.发现腔场谱结构不仅与初始场强有关,还随初始场光子数分布的变化而改变.     

克尔介质中双模纠缠相干光与贝尔态原子相互作用系统的光子统计特性

运用全量子理论并结合数值计算方法,研究了克尔介质腔中处于贝尔态的两个全同二能级纠缠原子与双模纠缠相干光场相互作用系统的光子统计特性。讨论了双原子体系的初态、初始光场的平均光子数、双模纠缠相干光场的纠缠程度以及克尔介质与双模光场的耦合强度对光子统计特性的影响。结果表明:忽略克尔介质的作用时,只有当双原子体系的初态为0β1〉或1β1〉时,在一定的条件下才可出现光子的反聚束效应,而当双原子体系的初态为β00〉、1β0〉时,光场在其演化过程中不出现光子的反聚束效应。而当考虑克尔介质的作用时,四种初态下光场演化过程中均有可能出现光子的反聚束效应。光子的反聚束效应出现的次数、时间和深度极其敏感地依赖于初始光场的平均光子数和克尔介质与双模光场的耦合强度,同时也受到双模纠缠光场的纠缠程度的影响。     

Λ型三能级原子与Pólya态光场相互作用系统中的量子特性

运用全量子理论,探讨了Pólya态光场在与Λ型三能级原子相互作用时,原子初态及某些光场参数对粒子布居数反转、光子反聚束效应以及光场压缩特性的影响。结果表明:原子处于不同初态时,光场概率参数、最大光子数及光场分布参数对系统光场粒子布居数反转的回复-崩塌现象有着显著的影响;初态为激发态或相干叠加态时,在光场概率参数、原子相对失谐量、最大光子数和光场分布参数的影响下,系统光场均可在一定条件下表现为完全的聚束效应或者完全的反聚束效应,但初态不同影响规律也各不相同;如果初态处于激发态,且原子相对失谐量、光场概率参数和最大光子数同时较小,则系统光场的X1分量可以间歇性的出现短时间的压缩。     

耗散腔中简并Raman耦合系统中光场的相位特性

利用Pegg-Barnett相位理论,研究了耗散腔中两个A型原子与相干态光场在Raman相互作用下光场的相位特性,并讨论了光场平均光子数和腔场耗散系数对光场相位特性的影响.结果表明:当腔不存在损耗时,光场相位分布概率以π/λ作周期性振荡;且在t=nπ/λ时刻,光场和原子是退纠缠的,相位分布概率曲线在极坐标图中呈单叶型结构;但在演化周期内,由于光场与原子的相互作用相位分布概率曲线会劈裂为多叶型结构.当腔场存在损耗时,相位分布概率的叶型结构会向中心扩散最终变为一个圆,即表明在考虑腔场耗散时光场的相位最终会变为随机分布;而且腔的耗散系数越大,光场相位越快趋于随机分布.另外,随光场的平均光子数增大,光场相位分布趋于集中.光场相位涨落受到腔场耗散的影响呈现出衰减周期振荡最终达到稳定值,而且达稳定值所需时间随耗散系数的增大而缩短.     

高Q Kerr介质腔中二项式光场与原子相互作用

应用全量子理论研究了在高Q Kerr介质腔中, 二能级原子与二项式光场相互作用系统中原子行为和光场的量子特性. 采用数值计算的方法, 详细讨论了光场参量和Kerr效应对原子布居反转和平均光子数的影响.研究发现当二项式光场处在中间态时, 在考虑Kerr效应的条件下,原子布居振荡加剧, 回复时间变短, 系统内平均光子数减少.     

Photon statistics in harmonic generation processes with a weak input chaotic field

The time evolution of the normally ordered photon number variance of the fundamental mode inm-th harmonic generation processes in the case of a weak input chaotic field is considered. It is shown that the fundamental mode may reveal sub-Poissonian photon statistics, however, in the course of second-harmonic generation solely.This work was carried out within the program No 2 0150 91 01 of the Polish Committee for Scientific Research.     

混沌光场光子统计分布及二阶相干度的分析与测量

利用通信波段双通道单光子探测器,采用Hanbury Brown-Twiss关联测量方案,理论分析并实验测量了光反馈半导体激光器产生的混沌光场的光子统计分布及不同混沌状态光场的二阶相干度.通过对混沌光场二阶相干度g~((2))(τ)的理论分析,得出随着延迟时间和相干时间的变化,其与相干光、热光及单光子态的二阶相干度可明显区分并呈现出不同分布.同时实验上产生了频谱宽度6.7 GHz的混沌光场,测量了不同光子数分布的结果,并用高斯随机分布、泊松分布、玻色-爱因斯坦分布对光子数分布进行理论拟合,发现随着入射平均光子数的增加,光子数分布从玻色-爱因斯坦分布过渡到泊松分布,但整个过程都与高斯随机分布符合较好,且光场的二阶相干度g~((2))(0)由2降至1.通过改变偏置电流(I=1.0Ith-2.0Ith)和反馈强度(0—10%),实验上研究了混沌光场由低频起伏到相干塌陷的过程中不同状态宏观动力学特性与二阶相干度的对应关系.结果表明:混沌光场在此过程中始终呈现出明显的聚束效应,并在频谱宽度最大时达到最强;同时给出了光子计数测量中聚束效应减弱的物理原因.实验表明该系统及方法能很好地揭示不同状态混沌光场的光子统计特性.     

Nonreciprocal frequency doubling of electromagnetic waves through double resonance and Bragg reflection in photonic crystals

A computational study of the uni-directional second-harmonic generation in a one-dimensional dual photonic crystal structure made of GaAs, AlAs and SiO₂ with quadratic optical nonlinearity and material dispersion is presented. The computational approach uses a shooting method to solve nonlinear wave equations for coupled fundamental and second-harmonic fields and the invariant imbedding method to obtain the linear transmittance and group index spectra. The dual structure consists of two substructures, the conversion structure creating a strongly enhanced second-harmonic signal and the filter structure blocking the fundamental frequency field by Bragg reflection while permitting the passage of the second-harmonic field. The conversion structure is built with an elementary cell consisting of four sublayers whose thicknesses are systematically varied. Doubly resonant second-harmonic generation with very high conversion efficiency is achieved for light incident from the conversion structure side by choosing the geometrical parameters of the elementary cell optimally and controlling the band structure. A new mechanism to enhance second-harmonic generation by controlling the energy flow between the fundamental frequency and second-harmonic fields has also been found.     

Second-harmonic generation via micro ring resonators for optimum entangled photon visibility

An analysis of a new technique for quantum key distribution (QKD) using the entangled photon within a micro ring resonator is presented. The Kerr nonlinear type of light in the micro ring resonator induces the nonlinear behavior known as chaos within the device, where the superposition of the chaotic signals via a four-wave mixing type introduces the clear second-harmonic pulses. The generation of clear second-harmonic pulses is achieved by controlling the appropriate ring parameters. When the polarization control devices are applied into the system, the optimal entangle photon visibility is obtained. The condition for long-distance link is discussed, where the optimal entangled photon visibility in term of Bell's states is described.     

光子计数分布与生物光子辐射特性

本文应用光子计数分布的理论及生物系统超微弱光子辐射的测试数据对生物光子场的辐射特性进行研究,提出生物光子场基本上属于高斯场的观点,并认为它至少是由两个独立部分的光子辐射叠加的结果;其一是纯相干态的相干辐射;另一则为热平衡浑沌态的热光源辐射。文中最后讨论了生物光子辐射的产生机制。     

Generation of light of second harmonic frequency in a Gaussian light

The process of second harmonic frequency generation in a chaotic (Gaussian) light on the basis of a simple quantum-mechanical model is studied in this work. It is shown that the process of second harmonic frequency generation in the chaotic light is quicker than that in the coherent light with the Poisson distribution of photon number.     

Second-harmonic generation in vortex-induced waveguides

We study the second-harmonic generation and localization of light in a reconfigurable waveguide induced by an optical vortex soliton in a defocusing Kerr medium. We show that the vortex-induced waveguide greatly improves conversion efficiency from the fundamental to the second-harmonic field.