手征介质与陈绝缘体界面附近原子的自发辐射研究

对手征特异材料介质与陈绝缘体材料界面附近二能级原子的自发辐射特性进行了研究.推导计算了手征介质界面及其与陈绝缘体材料界面的反射系数矩阵,并根据并矢格林函数求得此环境下二能级原子自发衰减率的表达式.对手征介质和陈绝缘体材料特性参数影响下的原子自发辐射进行了数值计算,分别对平行和垂直于界面的偶极子自发衰减率进行讨论,并对辐射模式和消逝模式下的自发辐射进行了分析.结果表明,由于手征参量的存在,手征介质界面附近的原子自发衰减率与普通介质相比被增强.陈绝缘体则使得界面附近原子的自发辐射被明显抑制,且当手征参量较大时,陈绝缘体的抑制效应更加显著.     

光子闭合轨道理论对单镜面附近原子自发辐射率的解释

利用腔量子电动力学计算了原子在全反射镜面附近的自发辐射率。结果表明,所得的震荡谱和原子到镜面的距离有关。通过傅立叶变换,得到与这些振荡谱相对应的频率谱。为了解释这种现象,我们首次将闭合轨道理论用于研究辐射原子在单镜面附近的自发辐射率,给出了对原子自发辐射现象新的理论解释。     

介质腔中自发辐射原子的寿命分布

在本文中,我们研究了半无限大介质板夹层对空腔中激发态原子的自发辐射率的影响,并利用寿命分布函数来描述原子衰变动力学的性质,在对称和非对称的结构中,分别计算了以原子在板中的相对位置为自变量的原子自发辐射率的函数,计算结果表明,原子的自发辐射率与介质腔的宽度以及外层半无限大介质板的折射率有关,介质腔可以增强或抑制激发态原子的激发,当介质腔的宽度足够大时,原子的寿命分布呈现指数衰减的形势,这些理论结果和实验值相符合的非常好.     

单镜面附近激发态极化原子的自发辐射

利用格林函数和费米黄金定律,我们计算了单镜面附近的激发态极化原子的自发辐射率。结果表明：原子的自发辐射与原子的极化偶极距取向有关,并且随着原子与镜面间距的增大,辐射率呈现正弦形式的振荡。当偶极距取向与镜面方向平行时,自发辐射的正弦式振荡最为激烈。但是随着极化方向与镜面方向夹角的增大,自发辐射的振荡越来越弱。当偶极距取向与镜面垂直时,振荡几乎消失。利用光子的闭合轨道理论,我们可以发现激发态原子偶极距取向影响辐射光子数的多少,从而可以改变原子的自发辐射率。     

单镜面附近激发态极化原子的自发辐射简

利用格林函数和费米黄金定律,我们计算了单镜面附近的激发态极化原子的自发辐射率.结果表明:原子的自发辐射与原子的极化偶极距取向有关,并且随着原子与镜面间距的增大,辐射率呈现正弦形式的振荡.当偶极距取向与镜面方向平行时,自发辐射的正弦式振荡最为激烈.但是随着极化方向与镜面方向夹角的增大,自发辐射的振荡越来越弱.当偶极距取向与镜面垂直时,振荡几乎消失.利用光子的闭合轨道理论,我们可以发现激发态原子偶极距取向影响辐射光子数的多少,从而可以改变原子的自发辐射率.     

运用动态腔环境实现对原子自发辐射过程的调控

本文从理论上讨论了运用动态的腔环境实现对处于激发态的两能级原子自发辐射过程的调控.研究发现,周期性地改变与原子相互作用的腔环境导致电磁模式之间相互作用,产生电磁模式密度重新分配,并使得原子与腔环境之间的能量交换的频率以及能量耗散的速度发生改变;当腔环境的变化频率和原子、环境之间交换能量的过程保持相对一致时可以实现稳定的相干性演化,衰减效应受到显著的抑制,进而可以通过环境变化操纵相干态的演化. 关键词： 自发辐射 动态环境 量子调控     

原子在两个平行镜面间两层电介质板中的自发辐射率

利用光子的闭合轨道理论,我们研究了原子在两个平行镜面间两层电介质板（折射率分别为n1,n2）中的自发辐射率. 自发辐射率呈现出多周期的振荡结构。自发辐射率的傅立叶变换中的每一个峰和光子从原子出发到返回原子的一条闭合轨道相对应。结果表明自发辐射率和两层电介质的宽度和折射率有关。和只有一层电介质的辐射率比较,当两层电介质的折射率n1 和 n2 差别很小时, 两层电介质之间分界面的反射效应可以忽略;但是当二者的差别很大时,发射效应变得非常重要且自发辐射率中的振荡减弱。本文的结果为原子在不同电介质间的自发辐射率的研究提供了新的理解。     

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.     

星型网络中的两比特量子相位门

我们提出一个方案,在星型耦合腔QED网络中一步实现任意两个非直接耦合光腔中原子的两比特量子相位门操作。该操作是通过虚光子交换技术,使两个非直接耦合光腔中的原子与星型网络中心光腔中的辅助原子形成有效的非对称海森堡XY模型。通过数值模拟验证了方案的可行性。在系统的整个演化过程中腔模始终处于真空态,并且原子不被激发,原子的自发辐射与腔的衰减得到有效抑制,通过数值求解主方程可以证明操作对耗散不敏感。     

考虑自发辐射后原子在激光衰波场中的传输

本文考虑了自发辐射对原子波函数的影响，得到了激光衰波作用下含自发辐射的原子波函数传输解。在此基础上我们数值计算了基态和激发态原子的波场结构，发现在负失谐情形，当Ｒａｂｉ频率较大和光子反冲大于一阶失谐能时，原子会被束缚在靶面附近。     

Casimir-Polder力对左手材料板附近的原子的动力学作用

本文研究了初始处于激发态的两能级原子在左手材料附近运动时Casimir-Polder力对原子动力学的影响. 左手材料有两个的作用: 一是在距离界面波长区域内提供了较强的Casimir-Polder共振力, 二是在这一范围原子的自发辐射受到抑制, 延长了作用时间. 这两种效应使得依靠原子自发辐射这一过程中的Casimir-Polder力能对原子的运动学产生影响, 并将一定初速度的原子排斥远离界面. 由于原子偶极矩的取向会影响Casimir-Polder力的性质, 因此对于某些初始条件(初速度和初始位置), 不同偶极矩取向的原子有不同的运动学结果, 会被吸引到界面或反射出去, 从而对具有不同偶极矩方向的原子进行筛选. 当然由于Casimir-Polder力很小, 能够反射的初速度也很小, 但是已经可以反抗极低温的热涨落, 我们的理论预估值约为15 μupK. 如果和其他约束手段同时作用, 便能对原子的动力学产生更为有利的控制.     

二能级原子与高品质因子腔的自发辐射特性

用全量子理论研究二能级原子单模腔耦合系统,通过理论推导和数值计算得出系统的自发辐射光谱和平均粒子数密度.共振时腔与原子的发射光谱在强耦合与弱耦合区域有所不同,腔发射光谱分裂只出现于强耦合区域,而原子发射光谱由于腔感应透明效应在弱耦合区域出现了缺口.本文系统地研究了原子与腔在失谐时的发射光谱,在好腔机理(腔线宽小于原子线宽g)原子与腔即使在大失谐时腔发射出腔频率的光子,这给当前实验上困惑的特性提供了一个理论依据.为了给腔感应透明效应一个新的深入了解,还研究了原子与腔平均粒子数密度随时间的演化,以及平均粒子数密度与光强度之间的关系. 关键词： 自发辐射 强耦合 腔感应透明 好腔机理     

利用双通道级联型原子库实现辐射场双模压缩真空态

本文研究了利用双级联型四能级原子实现高纯度、强的双模腔场压缩纠缠态。考虑将四能级联型原子注入至一个双模腔中,腔场与原子能级形成共振的相互作用。在原子-腔场弱相互作用下,若原子自发辐射速率远大于腔场的衰减速率,在腔场相干时间内将原子视为腔场的外部环境库,我们推导出腔场所满足的主方程。通过分析主方程并发现:在不考虑腔场真空耗散的情况下,腔场等效地与一个双模压缩真空库耦合,因此在稳态区域处于纯的双模压缩真空态,并且压缩程度只依赖于原子初始上能级的布居;在考虑腔场耗散的情况下,耗散对其纯度的影响大于对纠缠的影响;与单通道原子库情况比较,利用双通道的原子库可以有效地提高腔场的纠缠和纯度。     

含石墨烯二维金属结构中的自发辐射研究

研究原子在金属结构中的自发辐射时引入单层石墨烯薄膜,利用石墨烯特殊的光电特性来调控原子的自发辐射率.推导了局态密度与自发辐射率的格林函数表示形式,并结合频域有限差分方法进行了数值模拟.分析结果表明:随着化学势的增大,自发辐射波峰出现蓝移现象,且自发辐射率波峰得到增强,理论上实现了原子自发辐射率峰值位置与幅度的调制.研究结果可以为新型纳米器件及光电子设备的制造和优化提供参考.     

利用双面腔制备n原子GHZ态

提出了一种利用双面腔制备多原子GHZ态的方法.当腔中囚禁原子处于特定态时,腔可能反射入射的单光子脉冲,也可能透射它.这个特性可以引起囚禁原子和输入腔肠的纠缠.数值模拟显示制备的多原子GHZ态具有很高的保真度和成功率.而且原子自发辐射等内禀噪声只对成功率有影响,而对保真度几乎没有影响.另外,对高Q腔和原子的L-D条件的不要求,提升了试验实现的可行性.     

在一个腔中N个原子纠缠态的有效制备方案

本文提出一个方案以通过探测光子的衰减来制备囚禁在一个腔中的若干个原子的W态。在我们的方案中，腔的衰减率远大于原子与腔的耦合强度。这样,对腔品质因子的要求被大大降低。这在实验上是很重要的。本方案的另一个优点是通过拉曼跃迁原子总是处于两个基态，因而原子的自发辐射也被抑制。     

左手材料中原子的自发辐射

近年来，左手材料的研究引起了人们极大的兴趣。左手材料通常由亚波长金属微结构（尺度远小于波长）构成，存在着电等离子体振荡频率和磁等离子体振荡频率。人们已经开始关注左手材料中原子的辐射性质，但以往的研究主要针对原子跃迁频率远离介质（等离子体）共振频率的情况。我们针对二能级原子跃迁频率和介质等离子体振荡频率共振的情况作了理论研究。由于在介质共振频率附近真空场被强烈改变了，计算结果表明其中的原子的自发辐射性质与自由空间中有明显不同。应用自发辐射的非马尔可夫理论，我们发现原子和介质中真空场的相互作用导致了原子-光场束缚态的出现。我们进一步分析了介质吸收对自发辐射的影响，证明存在吸收时在一定条件下原子和真空场的相互作用的特性仍可以得以保持。     

损耗腔中二能级原子的自发辐射谱

研究了耗散真空腔场中二能级单原子的辐射谱。推导出了原子辐射谱的一般表达式。讨论了腔的耗散系数以及在考虑腔耗散之后测量时间对辐射谱的影响。结果表明:当腔耗散系数增大时,峰的相对高度迅速减小,且数目减少;当腔耗散一定时,只有选择适当的测量时间,辐射谱才显现出比较明显的量子特性。     

利用绝热过程实现远距离量子纠缠

提出利用绝热过程实现远距离量子纠缠的方案.Λ型原子和经典场、单模腔场发生相互作用,系统的绝热演化在暗态中进行.利用这种绝热演化进行远距离原子、腔场纠缠,可有效地抑制原子的自发辐射噪声.     

实现量子逻辑门的一种多原子方案

考虑通过光纤连接的两个单模光学腔，每个腔中都束缚有多个二能级原子，原子与腔模集体共振相互作用，但原子之间没有直接的相互作用。在这样的系统中，我们发现，束缚在两个腔中的两团原子之间可以确定性地实现可靠的量子交换门，量子纠缠门和量子控制z门。与单原子方案比较，我们发现，多原子方案使得量子逻辑门的速度增大√N倍。同时，我们还注意到，共振相互作用能够加快量子控制Z门的实现速度。如果计人原子自发辐射和腔损对量子逻辑门的影响，我们发现，量子逻辑门保真度受耗散的影响随着原子数目的增大而减小。此外，在共振相互作用下，原子自发辐射和腔损对控制Z门的影响显著减小。