浅析光子与粒子的相互作用

在原子的能级跃迁和光电效应的教学中，经常遇到光子与原子或电子等粒子的相互作用．笔者在此对光子与粒子间的相互作用做简单的分析．     

两等同双能级原子与q模腔场任意N~∑光子共振相互作用辐射谱研究

本文建立了“q模腔场-两原子”系统的任意N∑光子相互作用模型，利用这一模型研究了两个偶极一偶极力关联的等同双能级原子与q模腔场任意N∑光子．共振相互作用的辐射谱．对q模腔场分别处于不同数态：即q模腔场均为真空场、q模腔场均为强场、1模为真空场（q－1）模为强场、q0模为真空场（q—q0）模为强场、以及（q—1）模为真空场1模为强场时辐射谱的结构持征及物理特性进行了详细分析，揭示出“q模腔场-两原子”系统任意N∑光子共振相互作用辐射谱的一般特征．现有文献报道，仅仅是本文的普遍性结果在各种不同情况下的特例．     

前沿动态

建立两光子间强相互作用系统
　　在自由空间中的两个光子之间不相互作用，光波彼此擦身而过不会相互影响。然而，对于量子技术的许多应用，光子之间的相互作用却至关重要。奥地利维也纳理工大学的一个科学家团队现成功在两个单光子之间建立起强大的相互作用系统，由此向轻拍校验（ tap-proof ）量子通道或建立光学逻辑门发送信息迈出了重要一步。该研究成果发表在最新一期的《自然-光子学》杂志上。     

单光子晶体管

美国和丹麦的科学家公布了研制光学晶体管的计划．众所周知，光子极少彼此发生相互作用．通常情况下，使用一束光中的光子来控制另一光束是非常困难的．物理学家相信，使光子相互作用的方法是将光子压缩到微小的空间，如像量子点或光学阱中的单个原子那样．压缩光子可以增强它们的电磁场，从而增加它们相互作用的机会．     

压缩真空态光场中两能级原子的双光子荧光的反聚束效应

利用已得到的原子约化密度算符主方程，研究了两能级原子与宽带压缩真空态光场的双光子相互作用．通过求解双光子Bloch方程，利用量子回归定理，得到双光子荧光的二阶关联函数．在此基础上讨论了原子的双光子荧光的反聚束效应． 关键词：     

附加克尔介质简并双光子J-C模型的动力学特性

本文利用密度算符间的距离研究了附加克尔介质简并双光子Jaynes－Cummings模型（JCM）的动力学特性．在与标准简并双光子Jaynes－Cummiungs模型以及附加克尔介质单光子Jaynes－Cummings模型相比较的基础上，详细讨论了克尔介质非线性相互作用对该模型动力学行为的影响．     

压缩真空变态中二能级原子简并双光子过程的广义Bloch—Siegert频移

用密度算符主方程方法研究了一二能极原子与宽压缩真空态光场的简交双光子相互作用。我们发现原子偶极矩随时间的变化与压缩真空态光场的压缩参数│Ｍ│有关。│Ｍ│存在一个阈值Г／４ｇ。阈值之下，原子偶极矩以共振频率振荡。     

关于介质中光子动量的探讨

分析对于光从真空进入介质动量如何变化的问题的几个典型观点及存在的错误,由光的波粒二象性和光子与电子相互作用的机制,认识光在介质中传播时光子与光波的关系,得到介质中光子的动量仍等于它在真空中的动量.     

光子-电子和光子-原子(或分子)相互作用的研究

本文介绍了光子和电子,光子和稀薄气体间相互作用的研究结果,观察到光子和稀薄气体间的相互作用,测到了电子脉冲和负离子脉冲信号.     

费米—狄拉克分布,玻色—爱因斯坦分布及光子与物质的相互作用

当光子与服从玻尔兹曼分布的原子发生相互作用时，爱因斯坦对受激辐射、自发辐射和吸收的处理就能导出光子的普朗克分布律．同样，当光子与遵守费米－狄拉克或玻色－爱因斯坦分布的物质相互作用时也能得到普朗克定律．     

双模压缩场与V型原子相互作用光场的性质

研究了双模压缩真空场与V型三能级运动原子的相互作用,得到光场二阶相干度和模间相干度的解析表达式;通过数值计算分析了原子运动速度、场模结构参数和平均光子数对光场二阶相干度和模间相干度的影响.结果表明:平均光子数的增加使得二阶相干度和模间相干度显著增大;而原子运动速度、模场结构参数的增加虽然对光子聚束效应和反聚束效应的强度影响不大,却使其演化周期大大减小.     

Kerr介质中压缩真空场与耦合双原子依赖强度耦合系统的光子统计性质

研究了存在Kerr介质时依赖强度耦合单模压缩真空场与耦合双原子非共振相互作用系统中光子的统计性质,运用数值方法讨论了系统参数对光子统计性质的影响.结果表明:Kerr介质、失谐量、原子间相互作用、光场初始压缩因子和原子的初始状态对光子的统计性质有较大的影响.     

建立两光子间强相互作用系统

在自由空间中的两个光子之间不相互作用，光波彼此擦身而过不会相互影响。然而，对于量子技术的许多应用，光子之间的相互作用却至关重要。奥地利维也纳理工大学的一个科学家团队现成功在两个单光子之间建立起强大的相互作用系统.     

多原子体系与单模腔场相互作用的动力学特性

利用迁移矩阵方法，给出了多体系与单模腔场相互作用的稳态解条件。在大平均光子数极限下，研究了体系的动力学特性。本文讨论了多原子－单模量子化光场的真空效应。     

Tavis-Cummings模型中原子间偶极作用对光场性质的影响

研究了与单模真空场作用的Tavis-Cummings模型中,原子间偶极－偶极相互作用对辐射光的平均光子数、光子的反聚束效应及光场压缩性质的影响。     

介质中点电荷所受电场力的研究

在两个自由点电荷的电场中，两点电荷之间的相互作用力与点电荷所受的电场力是不同的．在真空中，这两种力是相似的，因为它们都满足这两点电荷之间相互作用的库仑定律．无论在真空中还是介质中，这两个点电荷之间的相互作用力都由它们相互作用的库仑力决定．但在一般情况下，在介质中，作用在点电荷上的电场力是不能由这两个点电荷之间的库仑力决定的．在电场中，如果让各向同性的均匀介质无限分布，作用在点电荷上的电场力仍可由两点电荷间的库仑力决定．本文还研究了介质中点电荷所受的电场力等于两点电荷之间的库仑力的充要条件．     

真空场诱导相干对梯形四能级原子系统中单光子和双光子透明的影响

当一个梯形四能级原子系统的中间两个能级分别与真空辐射场相互作用耦合到基态和激发态时,自发衰变路径间的量子干涉效应导致了V和Λ型的真空场诱导相干(VIC)。利用半经典理论,分别讨论了这两种类型的VIC对单光子和双光子电磁诱导透明的影响,并发现Λ型的真空场诱导相干增强双光子的吸收,而对单光子的吸收几乎无影响;V型的真空场诱导相干抑制单光子和双光子的吸收。     

耦合双原子Jaynes-Cummings模型的腔场谱H

研究了处于激发态的两原子与高Q腔场相互作用单光子过程的腔场谱,给出了初始光场为光子数态、相干态、压缩真空态时的腔场谱数值计算结果,分析了原子间偶极-偶极相互作用强度gα对腔场谱结构的影响.发现真空场Rabi峰,当gα较弱时为4峰,gα较强时为3峰结构;弱场数态(n＞0)时为5峰,强场时为3峰结构.相干态和压缩真空态时,谱结构与光子数分布有关,一般为复杂的多峰结构.结果表明,gα对峰位峰高都有影响,破坏了谱结构的对称性,但这种影响只在真空场和弱场时才较明显.     

铁磁合金的快速磁化

由于磁性材料在存储以及其他方面的应用正在向更快速和更小型化方向推进,因此了解固体的物理特性,其中包括电子、光子和声子间的相互作用是极为重要的一个方面．由同步辐射光源产生的x射线是获得超快时间尺度下各种元素具体信息的唯一手段。     

与原子依赖强度耦合双模压缩真空态的量子纠缠

在考虑原子与双模光场依赖强度耦合双光子共振相互作用的条件下,应用量子相对熵研究了双模压缩真空场模间纠缠度的演化.结果表明,在原子与光场相互作用之后,模间纠缠度作周期性的变化.在强场条件下,模间纠缠度总是在初始时刻达到最大值,其变化幅度基本保持不变.在初始场很弱的条件下,纠缠度演化的特点与原子初始状态有关,当原子处于激发态和基态的等概率叠加态时,纠缠度变化的幅度最大.控制原子与光场的作用时间及原子的初态,可以调整双模光场间的纠缠.