存在内禀退相干时二项式光场中原子的布居数反转

在Milburn内禀退相干模型下,研究了二项式光场与二能级原子相互作用系统中原子的布居数反转,分析了内禀退相干,二项式光场系数和场的最大光子数对原子布居数反转的影响.结果表明,存在内禀退相干时,原子布居数反转出现明显的崩塌-回复现象,随着时间的演化,Rabi振荡的包络值将很快的崩塌到零,并且随着内禀退相干因子的减小,衰减加剧;当内禀退相干因子不变时,二项式光场从相干态过渡到中间态,以及由中间态到数态过程中,原子布居数反转出现明显的崩塌-回复现象,而且Rabi振荡的频率会明显加快;当二项式光场的最大光子数增大时,原子布居差的崩塌-回复现象就会逐渐消失.     

相干布居囚禁振荡与拉曼失谐的关系

相干布居囚禁(CPT)振荡是一种基于CPT态而产生的瞬态振荡现象,与相干双色光频差和Λ型三能级结构原子基态能级间隔之间的拉曼失谐有关.本文采用锯齿波对微波信号进行频率调制,实现拉曼失谐均匀变化和阶跃变化.并通过建立频率调制速率和拉曼失谐变化速率之间的关系,分析拉曼失谐变化速率和变化方式对CPT振荡的影响.结果表明,当拉曼失谐均匀变化时,激发CPT态原子产生振荡现象需要满足变化速率较快的条件,且激发产生的振荡呈现非谐波振荡行为.当拉曼失谐发生阶跃变化时,激发产生的CPT振荡为阻尼振荡且振荡频率与失谐量相等.利用锯齿波进行微波频率调制,进而实现对拉曼失谐的调制,实现CPT态的完全建立和CPT振荡的完全衰减过程,在弱磁场测量和原子钟领域具有较大的应用潜力.     

微型光学偶极阱中单原子相干操控Rabi振荡的实现及其应用

文章综述了Rabi振荡的基本原理以及微型光学偶极阱中单原子相干操控Rabi振荡的研究进展,同时介绍了其在单光子源、量子寄存器、量子计算等方面的应用,并简要介绍了作者所在小组在微型光学偶极阱中单原子操控方面的实验进展.     

失谐量对多模场非简并多光子Jaynes-Cummings模型量子场熵演化的影响

利用Von Neumann约化熵理论研究了多模相干态场与二能级原子非简并多光子相互作用系统中量子场熵的时间演化特性,得到了含有失谐量的多模场熵的解析表达式,并通过数值计算讨论了光场为三模场时频率失谐量对场熵演化的影响.结果发现：当近共振时,失谐量几乎不影响场与原子之间的纠缠特性;而当远离共振时,量子场熵很强地依赖于失谐量的大小,特别是当失谐量足够大时,场与原子几乎总是处于纠缠态.     

相干布居数拍频信号与基态超精细子能级相干性关系的研究

相干布居数拍频(coherent population beating, CPB)现象, 产生于一个Λ型三能级原子系统中, 当双色相干激光场的频率差和两基态能级频率间隔近失谐的时候, 原子在激发态能级上的布居数会产生一个弛豫振荡, 且振荡频率等于失谐量. 当将此现象运用于原子标准频率的提取时, CPB频标的稳定度与CPB信号的幅度及信噪比直接相关. 本文理论推导了描述CPB 现象的表达式, 数值模拟并实验研究了⁸⁷Rb基态超精细子能级的相干性对CPB信号的影响, 通过控制与基态子能级共振相干激光场的抽运时间来控制能级的相干程度, 观测不同相干程度对CPB信号质量的影响. 研究结果表明CPB信号振荡的幅度与基态子能级相干程度成正比关系. 要改善CPB信号信噪比、提高原子频标稳定度, 建立、提高和保持基态超精细能级的相干性是关键. 本文还讨论了CPB现象用于弱磁场测量及其他方面应用的可行性.     

多模简并多光子Tavis-Cummings模型中的量子纠缠特性

利用冯·纽曼约化熵理论研究了多模相干态光场与两等同二能级原子简并多光子相互作用系统量子纠缠演化特性,得到了多模光场量子纠缠的解析表达式,并给出了双模光场与两原子相互作用时量子纠缠的数值计算结果.结果表明:量子纠缠随着光子简并度的增大而增强;随着初始平均光子数的增加,量子纠缠演化的周期性变得越来越明显;当场与原子远离共振时,量子纠缠随着频率失谐量的增大而减弱;当失谐量足够大时,场与原子几乎总是处于纠缠状态.这些结论对于纠缠态或纯态的制备及获取光学系统中的量子信息研究中有一定参考价值.     

多模简并多光子Tavis-Cummings模型中的量子纠缠特性(英文)

利用冯·纽曼约化熵理论研究了多模相干态光场与两等同二能级原子简并多光子相互作用系统量子纠缠演化特性,得到了多模光场量子纠缠的解析表达式,并给出了双模光场与两原子相互作用时量子纠缠的数值计算结果.结果表明:量子纠缠随着光子简并度的增大而增强;随着初始平均光子数的增加,量子纠缠演化的周期性变得越来越明显;当场与原子远离共振时,量子纠缠随着频率失谐量的增大而减弱;当失谐量足够大时,场与原子几乎总是处于纠缠状态.这些结论对于纠缠态或纯态的制备及获取光学系统中的量子信息研究中有一定参考价值.     

基于原子的微波场测量

本文分别综述了基于热原子、冷原子体系的微波场测量的研究进展,以及基于纠缠原子的高灵敏微波电场测量的最新结果。文中详细介绍了基于原子的微波场测量与实验进展,内容主要包括:热原子样品中,利用里德堡原子的电磁感应透明效应和Autler-Townes效应,实现微波电场的场强测量和微波电场空间分布特征的亚波长空间高分辨率成像。冷原子样品中,介绍了相邻里德堡态与微波的相干耦合强度受微波功率的影响,以及通过铷原子基态超精细能级与微波相干耦合振荡,实现基于原子的新型微波功率标准的研究。此外,利用冷原子探针实现微米级空间分辨率的二维微波场场强分布测量。最后我们对采用原子的量子纠缠态提高微波场强探测灵敏度的技术方案进行了讨论,量子纠缠的引入将有望使微波探测的灵敏度突破标准量子极限,获得优于传统雷达探测灵敏度的测量结果。     

Ξ型三能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体单模光场系统中双模原子激光的压缩性质

研究了Ξ型三能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体单模光场系统中双模原子激光的压缩性质.结果表明:双模原子激光能被周期性压缩,并且具有量子Rabi振荡和崩塌-回复现象两种形式的振荡.最大压缩深度和崩塌-回复振荡频率主要依赖于光场与原子间相互作用强度,量子Rabi振荡频率主要由光场圆频率决定.     

双模压缩真空场与Λ型三能级原子非共振作用

研究了双模压缩真空场与Λ型三能级原子非共振相互作用系统中,场模失谐量对原子布居概率和光场的双模互关联函数、二阶相干度的影响.结果表明：失谐量使原子Rabi振荡呈现周期性崩塌与复苏现象；当光场初始压缩因子r较小时,失谐量将削弱光子的反聚束效应；当r较大时,失谐量又将增强光场两模相关的稳定性.     

两任意量子比特Rabi模型的纠缠演化特性

利用相干态正交化(ECS)法,讨论了两量子比特Rabi模型中的纠缠动力学问题,选取量子比特初态为交换对称的贝尔态,选取光场初态为真空态,分析了不同跃迁频率和不同光场-量子比特耦合强度下量子比特的纠缠演化特性。研究结果表明,在弱耦合情况下,当两个全同的量子比特的跃迁频率与光场频率的差值相同时,纠缠演化几乎相同;当非全同的量子比特跃迁频率相对光场频率对称失谐时,纠缠度比全同时大,失谐量越大,纠缠越强,且纠缠的变化周期与失谐量成反比。在共振情况下,当耦合强度不相等时,两量子比特纠缠演化存在主极大与次极大交替出现的现象;保持其中一个量子比特与光场的耦合强度不变,另一量子比特的耦合强度越强,次极大的峰值越大,但主峰峰值始终能达到最大纠缠;整个过程中纠缠演化表现出周期性。     

一维谐振子束缚的自旋轨道耦合玻色气体

量子光学中的Rabi模型描述了一个与量子谐振子耦合的两能级系统,当耦合强度与振子频率相当时,会产生丰富的物理现象.本文研究了谐波势阱中具有拉曼诱导自旋轨道耦合的Bose气体,通过将受限系统映射为Rabi模型,引入量子光学中的平移Fock态利用变分方法求解了系统的本征能态和基态,发现左右平移Fock态的奇宇称叠加态能量低于平移态的能量,并分别研究了粒子在动量和坐标空间的动力学Zitterbewegung振荡特性以及原子极化的动力学,给出了一个直观清晰的物理图像,与相关实验的结果定性一致.本文的研究结果有助于进一步研究量子光学领域目前难以实现的深度强耦合参数区域的量子Rabi模型,对冷原子物理的研究也有一些借鉴和启发.     

存在相位退相干时原子与光场相互作用的纠缠演化和保持

应用全量子理论研究了存在相位退相干时单模相干光场与一个二能级原子相互作用系统纠缠的时间演化规律;分别讨论了原子—光场耦合常数、光场的平均光子数以及失谐量的大小对场与原子纠缠的影响.结果表明:随着原子—光场耦合常数的增大和光场平均光子数的增加,系统纠缠的振荡频率都会明显增大.不存在相位退相干时,纠缠的时间演化明显受到失谐量的影响,若选取适当的失谐量,系统的纠缠可长时间保持在最大纠缠态.若考虑相位退相干的影响,则在共振情况下系统纠缠的时间演化是一个逐渐衰减的过程,且最终衰减到零;但若存在适当的失谐量,则在初始一段时间内系统的纠缠也是一个波动幅度逐渐衰减的过程,但随着时间的演化,失谐量抵消了相位退相干的影响,使系统的纠缠不再衰减到零.如果增大失谐量,纠缠在初始一段时间内波动的幅度会相应的减小,并且纠缠趋于稳定的时间也随着失谐量的增大而缩短;当失谐量适当时,系统可保持在纠缠相对较大的状态而无消纠缠态.     

共振荧光中的量子拍

本文计算了在双单色场驱动下二能级原子共振荧光的强度.结果表明其强度随时间振荡,并且是一系列谐波振荡的叠加,且振荡幅度最大的情况是当一单色场近共振地与原子作用,另一单色场的频率与第一单色场的频率差正好是第一单色场所对应的Rabi频率.这种现象称为共振荧光中的量子拍.     

Bell态原子与双模纠缠相干光场双光子相互作用的原子布居数演化特性

运用全量子理论研究了Bell态原子与双模纠缠相干光场双光子相互作用过程中的原子粒子布居差的时间演化规律.结果表明:原子初始处于|β11＞时,原子粒子布居差恒为零;原子初始处于其他三个Bell态时,随着初始光场平均光子数的增加,原子粒子数布居差时间演化曲线的振荡频率明显增大,振荡幅度明显减小;双模光场纠缠程度的大小对曲线的振荡频率及整体曲线的位置都没有影响.随着原子间偶极相互作用的增强,当原子初态处在|β01＞时,曲线的Rabi振荡频率明显增大;而两原子初始处于|β10＞或|β00＞态时,曲线的崩塌-回复现象逐渐消失.     

纠缠相干光场对量子态最大演化速率的操控

考虑双模纠缠相干光场,将其中一束光场注入腔中与一个二能级原子发生共振相互作用,根据腔量子电动力学理论推导出原子系统的演化态.针对原子系统初始状态到目标演化态的动力学过程,利用量子速率极限时间概念来表征原子系统量子态的最大演化速率.通过调节双模纠缠相干光场的相干参数来操控原子系统量子态动力学过程中所能达到的最大演化速率.结果发现:与原子发生相互作用光场的相干参数在一定条件下可以对系统量子态的最大演化速率产生明显的影响;并且当该光场参数不能很好地来操控量子态的最大演化速率时,双模纠缠相干光场间的量子关联可以实现未参加相互作用光场参数对原子系统量子态最大演化速率的远程调控.     

多光子过程中相位退相干时两原子布局数反转

利用全量子理论的方法,研究了存在相位退相干时多光子T-C模型中两个二能级原子与二项式光场相互作用系统中两原子的布居数反转。讨论了相位退相干系数、二项式光场系数、最大光子数、跃迁光子数对原子布居数反转的影响。结果表明：相位退相干减少了原子布居数反转的振幅、破坏了原子的量子特性。改变跃迁光子数,可以改变原子间布居数反转演化周期及演化强度。当二项式光场的最大光子数增大时,原子布居差的崩塌-回复现象就会逐渐消失。相位退相干因子不变时, 二项式光场从相干态过渡到数态过程中,原子布居的振荡频率由大变小,周期性的崩塌与回复现象逐渐消失。     

多光子过程中相位退相干时两原子布局数反转

利用全量子理论的方法,研究了存在相位退相干时多光子T-C模型中两个二能级原子与二项式光场相互作用系统中两原子的布居数反转。讨论了相位退相干系数、二项式光场系数、最大光子数、跃迁光子数对原子布居数反转的影响。结果表明：相位退相干减少了原子布居数反转的振幅、破坏了原子的量子特性。改变跃迁光子数,可以改变原子间布居数反转演化周期及演化强度。当二项式光场的最大光子数增大时,原子布居差的崩塌-回复现象就会逐渐消失。相位退相干因子不变时, 二项式光场从相干态过渡到数态过程中,原子布居的振荡频率由大变小,周期性的崩塌与回复现象逐渐消失。     

激光二极管抽运的环形单频激光器的强度噪声特性研究

实验测定了激光二极管抽运的Nd:YVO4,Nd:YAG和Nd:YAP环形单频激光器的强度噪声谱,并与激光器的量子理论模型计算结果作了对比.研究表明,激光二级管抽的单频激光器输出的激光并非相干态光场,在几百kHz的频率上存在高于量子噪声几十dB的弛豫振荡,而在远高于弛豫振荡的频率范围达量子噪声基础,且随抽运功率的增大,弛豫振荡的频率将向高频方向移动,而弛豫振荡的幅度减小.     

Bell态原子与双模纠缠相干光场相互作用系统的原子布居数演化

运用全量子理论并结合数值计算方法,研究了处于Bell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原子布居数演化特性.讨论了双原子体系的初态、光场的平均光子数、双模纠缠相干光场的纠缠程度以及双原子体系的原子间耦合强度对原子布居时间演化的影响.结果表明:双原子体系的初态为|β11〉时,原子布居数不随时间变化;初态为|β00〉、|β01〉和|β10〉时,当初始平均光子数增大到一定数值时演化特性呈现出周期性的崩塌和回复效应,随初始光子数的增加时间演化曲线的振荡频率增大振幅减小,且初态为|β00〉或|β10〉时原子布居的回复周期是初态为时|β01〉的两倍;双模纠缠相干光场的纠缠程度以及原子间偶极相互作用的强弱对Rabi振荡频率没有影响但对振幅有着显著的影响.