利用Akaike信息准则研究退相位对量子干涉的操控作用

量子干涉(QI)和Autler-Townes分裂(ATS)是原子-光相互作用系统中的两种不同效应。在电磁诱导透明(EIT)系统中,当耦合光强度适中时,二者会同时存在。一般以耦合光拉比频率作为定性区分QI与ATS的依据,同时Akaike信息准则(AIC)可用于量化二者的相对权重。本文基于AIC方法研究了原子系统中退相位对QI和ATS权重的操控作用。研究表明,通过调节退相位率,可以实现QI和ATS之间的相互转换,以及相消干涉和相长干涉之间的相互转变。利用耦合光和探针光之间的相位关联可以实现退相位的精确操控,由此改变QI和ATS的权重,进而达到QI效应的极大增强。     

级联四波混频系统中纠缠增强的量子操控

各类系统中的纠缠操控是量子信息科学的重要问题之一.本文研究了热原子蒸气的级联四波混频过程中产生的纠缠增强及纠缠增强的相位敏感特性.研究表明,该级联四波混频过程第二级输出的探针光和共轭光的量子纠缠较第一级明显增强,最大可达5 dB以上,且随着强度因子的增大可实现完美纠缠.文中还详细讨论了量子关联类型及纠缠大小与抽运光相位、非线性强度因子之间的变化关系,结果显示,由于纠缠增强及纠缠类型对抽运光相位的敏感性,通过控制相位和强度因子可改变光场噪声特性从而实现对探针光和耦合光之间纠缠增强、纠缠度大小、纠缠类型的量子操控.该理论研究对实验实现纠缠增强及双模压缩态压缩角、压缩度的光学参量操控具有重要的指导意义.     

V型三能级原子系统与双激光场相互作用的量子干涉效应

对Ｖ型三能级原子系统与双激光场相互作用时诱发的量子干涉效应进行了研究，通过在原子能级几率振幅随时间演化的耦合方程中引入一个上两能级交叉耦合干涉项，讨论和分析了在不同条件下交叉耦合干涉项的相消作用以及量子干涉效庆对原子基态几率和原子系统受激吸收特性的影响。     

巨腔系统中的光子屏蔽

随着巨原子研究的展开,量子干涉效应的应用逐步广泛.基于量子干涉效应,利用海森伯-郎之万方程,研究了巨腔与波导耦合系统的相位调控,打破了传统小原子与波导耦合体系中偶极近似的限制.研究表明,通过给系统外加一对相位差为?的驱动,在三腔系统中,当系统达到稳态时,腔阵列波导的中间腔与单模巨腔内的光子数可以实现双向屏蔽.将研究拓展至多腔系统中时,可在不同条件下分别实现巨腔与耦合腔阵列波导的单向和双向屏蔽.基于量子干涉效应的光子调控,该系统可以实现腔的光子数为0,希望在量子器件设计和量子信息处理等领域实现新应用.     

红外激光载波包络相位对氦原子的极紫外光(XUV)吸收谱的量子调控研究

本文通过数值求解双电子含时薛定谔方程, 研究了利用红外(IR)超短超强激光的载波包络相位(CEP)对氦(He)原子的极紫外光(Extreme Ultra-Violet, XUV)吸收谱进行量子调控的可能性. 当XUV作用到He原子上时, 原子存在两个电离通道: 无明显电子关联的直接电离和带强烈电子关联的间接电离(即通过双激发态自发电离). 两个通道相互干涉可在XUV吸收谱中形成人们所熟知的Fano共振线型, 并且谱线的形状由两个通道间的比例决定. 通过引入另外一束IR激光, 我们发现, 原子的XUV吸收谱将发生明显改变, 即伴随着超短脉冲CEP的改变而 呈现出从Fano线型到Lorentz线型的周期性连续变化. 上述结果表明, 通过合理地控制超短脉冲的CEP可以有效地调控两个电离通道之间的量子干涉, 进而为探测和操控原子中的极端超快电子关联提供可能.     

光泵浦效应对电磁诱导透明介质极化特性的影响

本文主要研究光泵浦效应对电磁诱导透明介质极化特性的影响。理论分析了耦合场分别与探针场同向和反向传播时,介质对探针场的色散和吸收特性。同时理论分析表明,相对二能级原子来说,由于耦合光的泵浦作用,在多普勒吸收基础上,原子对探针光的吸收增强,并且这种泵浦作用与耦合场传播方向无关。实验上验证了上述理论研究中原子介质对探针场的吸收特性。进一步地,实验研究了耦合光功率、频率失谐及粒子数密度等参量对泵浦率的影响,特别是对吸收宽度和深度的影响。     

在Λ型三能级原子系统中实现光减速及光存储

在充缓冲气体的87Rb原子样品中, 通过探针光、耦合光与Λ型三能级原子相互作用过程中的量子干涉效应,产生了窄线宽的EIT透明窗口,由此实现了探针光群速度的降低.在最好的实验参数条件下,探针光群速度降低到c/42000.同时,研究了光群速减慢与介质温度、耦合光功率以及单光子频率失谐量之间的关系.在此基础上,通过控制耦合光与探针光的通断,实现了光脉冲在原子蒸汽中的存储与读取.     

倒Y型四能级原子系统中电磁诱导透明的相干控制

研究了倒Y型四能级原子系统中相干控制电磁诱导透明.应用微扰理论给出一阶近似条件下,不同控制场原子系统对探测光场响应的解析式及电磁诱导透明窗宽度的解析式.在探测场为弱场时,分析了系统中控制光场强度、耦合光场强度及其失谐量对电磁诱导透明窗的影响.研究发现电磁诱导透明窗随控制光场强度的增强变宽,而随耦合光场强度的增强变窄,当探测光场与耦合光场偏离双光子共振时,透明窗外的吸收增加,透明窗变宽.在弱探测场、弱控制场条件下,分析了初始时刻原子处在相干叠加态时的相对相位、相对强度与探测场和控制场的相对相位等对系统吸收特性及透明窗的影响.结果表明探测场与控制场的相对相位对吸收的影响与相干叠加态中两能级之间几率幅的相对相位对吸收的影响作用相反,系统在两下能级干涉极大时,存在一个很宽的透明带.应用缀饰态理论和量子相干理论对所得结果进行了解释.     

四能级Tripod-型原子系统中量子相干导致的交叉Kerr非线性效应

计算了四能级Tripod-型原子系统中探针光极化率随其频率失谐量的变化曲线.结果表明,当触发光作用于该系统的一个共振跃迁能级时,可使探针光的吸收和色散在其电磁感应透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)窗口(由耦合光产生)处发生显著变化.随着触发光Rabi频率的增加,探针光在EIT窗口的吸收显著降低,色散显著增加.这种由触发光引起的探针光极化率的变化对应着三阶Kerr非线性光学效应,这一效应在偏振量子相位门中有着潜在的应用价值.     

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。     

三模腔-原子闭环系统中可控的量子干涉和光子传输

通过构造一个由相互垂直的两腔和一个二能级原子组成的光学腔-原子系统,研究可控的量子干涉引起的非传统光子传输现象.该系统中,两个正交腔之间通过光纤直接耦合和通过放在两腔交叉处的二能级原子间接耦合.该三模系统支持两个相互垂直的传播方向,即两探测场相互垂直.在考虑原子弛豫速率的情况下,该闭环系统中的光场、腔模与原子跃迁间相互作用所产生的可控量子干涉能导致一些新的对称或非对称的光子输运行为,如相干完美合成、相干完美透明.此外,输运的群速度也可调节,即产生快慢光效应.这些过程能够通过调节探测场间相对相位、两腔之间的隧穿耦合强度进行动态调控.该机制有望用于开发高效的量子信息处理和全光网络的功能元器件(如光开关和路由器等).     

利用核共振的电磁引起的透明性

利用原子能级的量子控制对光与物质相互作用进行操控的技术对光学有着深远的影响.这种操控技术有很多应用,包括少数光子水平上的非线性光学,慢光,无反转的激光以及光量子信息处理.实现这种操控的关键技术是电磁引起的透明性.在多能级原子中,能级跃迁之间的量子干涉可以使一个不透明的介质在原子共振附近成为透明的.随着高亮度加速器驱动光源     

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。     

四能级原子系统中量子相干增强的Kerr非线性效应的研究

应用密度矩阵方程计算了四能级原子系统中三阶非线性极化率随信号光和探针光频率失谐的变化关系。结果表明，由于量子干涉对信号光强度的敏感性，使四能级原子介质的交叉Kerr非线性作用大大增强，与三能级系统相比，四能级原子介质的Kerr非线性系数可增强两个数量级。     

单Tavis-Cummings模型中量子关联动力学演化特性及其在量子通信中的应用

本文研究了单Tavis-Cummings模型中两个全同二能级原子与单模光腔发生相互作用时两个原子之间的各种量子关联演化特性,并讨论了该模型中稠密编码和隐形传态的实现。讨论初始态纯度、纠缠度、腔内光子数和腔与原子之间的耦合常数对量子纠缠、量子失协和几何量子失协动力学演化特性的影响并分析出实现稠密编码和量子隐形传态所需最佳参数。结果表明:初始态纯度r和初始纠缠度a对以上三种量子关联有积极作用;随着腔与原子之间的耦合常数g和腔内光子数n的增大,量子关联振荡频率加快,同时量子纠缠死亡时间缩短,而此时量子失协、几何量子失协则仍保持非零。这表明量子失协、几何量子失协相比纠缠更具有优越性。     

中间态引入量子干涉的三光子共振非简并六波混频

理论研究了五能级系统中三光子共振非简并六波混频(NSWM) 由于中间能级加入耦合光场而产生的量子干涉效应. 分析了耦合光场对三光子共振NSWM信号以及频谱的影响. 研究发现, 在强耦合场作用下, NSWM的频谱出现了Autler-Townes分裂, 它反映的是两个缀饰态的能级, 量子干涉可以使NSWM信号被抑制或增强. 提出利用量子干涉对NSWM信号产生增强作用, 可以由耦合场产生的缀饰态代替原子固有能级, 成为三光子共振的中间态, 从而控制耦合场来选择三光子共振的中间态的位置.     

两个二能级原子与辐射场的量子动力学性质

用完全量子化方法研究两个二能级原子与腔场相互作用过程中，原子能级占居几率与辐射场的量子动力学性质，讨论了原子间耦合及激光发场对上述性质的影响，揭示了原子耦合与原子－场相互作用之间的联系。     

两模腔场谱间的量子干涉

研究了高Q腔中单个二能级原子与两模二项式光场依赖强度耦合相互作用系统的腔场谱,给出了弱初始场条件下的数值结果,讨论了两模光场之间的量子干涉对腔场谱结构的影响. 发现当两模光场的频率差Δ>g（g为原子与腔场间的耦合常数）时,两模光场间的干涉效应对谱结构没有影响,系统的腔肠谱只是两模腔肠谱的简单叠加;当Δ≤g时两模腔场谱间的干涉比较明显. 在强初始场条件下,量子干涉效应可忽略. 关键词： 腔场谱 量子干涉 两模二项式光场     

原子辅助光力系统中快慢光的量子调控

随着纳米科技以及半导体技术的迅猛发展,光力诱导透明、快慢光和光存储以及其他在光力系统中发现的量子光学和非线性光学效应成为人们目前研究的热点.本文将薄膜腔光力系统同被束缚在腔中的二能级冷原子系综相耦合,通过直接在薄膜振子上引入弱辅助驱动场来研究该原子辅助光力系统中原子和相位对量子相干性质及其快慢光的调控.经过分析发现,通过改变辅助驱动场的强度可直接实现对光力诱导透明窗口深度的调控,通过改变辅助场与探测场之间的相位差,可实现输出的探测场在"吸收"、"透明"和"增益"之间相互转换,进而对弱探测场进行动态调控实现光开关.与此同时,还发现系统的群延迟时间随相位差的改变呈周期性变化.通过调节相位差及原子数,不但可以改变群延迟时间,还可实现快慢光之间的相互转换.     

类W态原子与三耦合腔系统作用中的量子失协

研究了三个全同二能级原子与三耦合腔相互作用物理模型中两原子间的量子失协.腔与腔之间通过光纤耦合,考虑原子与腔模之间的共振作用,采用几何量子失协来度量两原子间的量子关联,数值计算了系统中两原子间的几何量子失协,给出了其演化曲线.讨论了光纤模与腔模间的耦合强度变化对几何量子失协的影响.结果表明:随光纤模与腔模间的耦合强度增大,两原子间的几何量子失协增大,即两原子间量子关联增强.