光子晶体中四能级系统的量子相干效应

研究了处于光子带隙材料中的四能级原子系统的电磁感应透明、自发辐射和光子开关效应，分析了其稳态与瞬态特性, 发现特殊的模密度能够导致反常的吸收、色散、自发辐射及瞬态无反转增益, 并可以通过外加调制场进行控制.详细讨论了特殊频率处模密度的变化对透明窗口和光子开关效应的影响. 关键词： 光子带隙材料 电磁感应透明 模密度 光子开关     

光子晶体中非奇异态密度下原子的量子相干效应

光子晶体是一种介电性质具有一定空间周期性或有序性的新型光学微结构材料.光子带隙的存在使得光子晶体中的微观物理过程变得异常而有趣,例如出现光局域化与原子自发辐射的抑制、光子-原子束缚态、二能级原子布居数囚禁等现象.最近的研究还表明[1,2],在带隙边缘有奇异性的态密度分布会导致感应透明现象,这与通常的电磁感应透明(EIT)机制类似,但不需要外加驱动场来诱导.     

低频强场作用下三维光子晶体中二能级原子的自发辐射性质

研究了处于三维光子晶体中，且在强相干的低频场的驱动下的单个二能级原子的自发辐射性质.由于低频场的影响，使得原子产生了在跃迁过程中吸收或发射一个低频光子的衰减渠道.这些跃迁导致了自发辐射的量子干涉，再加上光子晶体能带带边的作用，自发辐射被显著抑制.原子的布居俘获依赖于原子上能级与能带带边的相对位置，低频场的频率和原子不同跃迁通道间的相对跃迁强度. 关键词： 光子晶体 二能级原子 自发辐射     

原子晶格中基于自发辐射相干效应的光子带隙

利用电磁感应透明技术,在一维光晶格中相干驱动四能级Lambda模型冷原子系统,从而实现动力学可调谐电磁感应光子带隙结构。基于两邻近能级间的自发辐射相干(SGC)效应,通过控制耦合场从远共振到共振,使该原子系统实现从两个光子带隙转变为三个光子带隙的动态过程。当自发辐射相干效应不存在时,在探测场共振区域处探测光子被原子系统强烈吸收,因此感应光子带隙严重形变甚至无法形成。通过数值计算证明光子带隙结构的形成源自于自发辐射相干效应下探测场和耦合场之间的三阶交叉克尔(Kerr)非线性调制,并且通过控制耦合场的耦合方式,可以实现系统从两个光子带隙到三个光子带隙的动力学调控。     

具有态守恒赝隙的光子晶体中两能级原子自发辐射的增强与抑制

论证了在赝带隙光子晶体中存在一个全频率域态总数守恒规则，在完全带隙光子晶体中还存在一个局域态总数守恒规则.态总数守恒规则指出，如果一个光子晶体的态密度在某些频率范围存在相对于等效介质态密度的谷，则一定由其他频率范围内相对于等效介质态密度的峰来补偿.使用符合态总数守恒规则的态密度模型，解释了态密度调制导致的自发辐射谱增强、抑制、变窄、红移、蓝移以及谱分裂等光子晶体中的量子光学现象.该理论比较适合研究在具有赝带隙的光子晶体中大量随机分布的发光原子或分子的自发辐射行为. 关键词： 光子晶体 自发辐射 态密度 光子赝带隙     

双带型光子晶体中双V型四能级原子自发辐射谱中的黑线研究

研究了双带型光子晶体中双V型四能级原子自发辐射的辐射谱.双V型四能级原子同时与真空热库和双带型光子晶体热库耦合.研究发现双V型四能级原子自发辐射谱中有三种不同原因可能引起的黑线：第一种是由于量子干涉效应;第二种是由于各向同性光子晶体带边处态密度具有奇异性;第三种是真空场中的量子干涉和光子晶体禁带内态密度为零共同作用的结果.通过移动光子晶体的带边位置,在各向同性光子晶体带边引入光滑因子,以及在光子晶体中引入缺陷等对这三种黑线的影响,对上述结果进行了分析和讨论. 关键词： 双带型光子晶体 双V型四能级原子 黑线     

双能带三维光子晶体中二能级原子的自发辐射

研究了双能带三维光子晶体中二能级原子自发辐射的性质.由于双能带各向异性色散关系的影响，辐射场中的局域场和传输场不能共存，导致原子上能级占据数不再具有准周期性振荡的性质，而是随时间趋于常数，或者随时间按幂函数形式衰减，或者随时间按指数形式衰减.这些性质不仅与原子上能级和能带带边的相对位置有关，而且与光子晶体上、下能带之间的能隙宽度有关.这些性质也有别于单能带各向同性光子晶体中二能级原子自发辐射的性质. 关键词： 光子晶体 二能级原子 自发辐射     

调控电磁感应透明气体折射率实现可控光子带隙结构

提出了电磁感应透明(EIT)介质的一个新的相干操纵应用：控制电磁感应透明气体折射率实现可控光子带隙结构. 将一定密度的EIT原子气体充入以砷化钾为背景的椭圆孔柱中，计算表明该三角晶格排列椭圆柱光子晶体的光子带隙随外控制场而变. 通过调控自发辐射率、无辐射衰变率、控制光Rabi频率、原子数密度等外参数以及椭圆结构几何参数，在高频率区域得到了大小约0.0503ω_e(ω_e=2πc/a)的完全光子带隙.     

赝带隙光子晶体中原子集合的自发辐射动力学

介绍了三维赝带隙光子晶体中原子集合的自发辐射衰减分布特性，发现不同的原子集合弥散组态，其原子自发辐射呈现十分宽或窄的有限的寿命分布，纯粹光子晶体效应可导致加速和抑制衰减过程并存，从理论上揭示了现有的实验结果的重大分歧的缘由。     

掺杂光子晶体光纤自发辐射与掺杂激活杂质的光增益透射谱研究

借助光子晶体中二能级原子的自发辐射理论证明缺陷态的局域场存在的必然性以及局域场基本性质,为研究光子晶体光纤掺杂自发辐射的内在规律提供了理论依据。且将自发辐射理论与数值模拟相结合,在缺陷介质中掺激活杂质时,研究了光子晶体光纤的掺杂局域场特征以及受激辐射增强和透射率大于1现象与光子带隙群速度异常和掺杂层复有效折射率成负的虚部之间的内在关系。由此说明光子晶体光纤的缺陷介质中掺入激活杂质时,光子禁带中能出现品质因子非常高的杂质态,具有很大的态密度,较强的受激辐射放大。     

Ⅴ型三能级原子与双模奇偶纠缠相干光场相互作用系统的光子统计性质

本文采用求解Schroedinger方程和数值计算方法，研究了Ⅴ-型三能级原子与双模奇偶纠缠相干光场相互作用系统的光子统计性质，结果表明：此性质与双模奇偶纠缠相干光场的纠缠程度、失谐量、原子的初态以及双模光的平均光子数相关联．     

一维含负折射率材料结构中原子的瞬时自发辐射

负折射率材料是一种新型的人工材料，其介电常数和磁导率同时小于零，导致了折射率小于零。当电磁波入射到正负折射率材料的界面上，将会产生负的折射现象。因此单个负折射率材料板能起到能量汇聚的作用。用正负折射率交替排列组成的一维光子晶体能产生不同于通常布拉格带隙的零平均折射率带隙。这种带隙能抑制几乎全方向的辐射，从而能对原子自发辐射产生更强的抑制作用。J．Kastel和M．Fleischhauer最近提出用理想负折射率材料板加上理想反射镜，在适当条件下会完全抑制原子的自发辐射。本文我们考虑在包含实际负折射率材料—有色散和吸收—的一维结构对原子自发辐射的影响。     

双模纠缠相干光场与V型三能级原子相互作用系统的光子统计性质

本文采用求解Schrodinger方程和数值计算方法,研究了双模纠缠相干光场与三能级原子相互作用系统的光子统计性质,结果表明:此性质与双模纠缠相干光场的纠缠程度、失谐量、双模光的平均光子数和原子的初态相关联.     

在双Lamder模型中实现可调控光子带隙

研究驻波场相干驱动下四能级双Lamder模型的电磁感应光子带隙.当耦合场是远共振或共振时,来自于两邻近能级间的自发辐射相干效应(SGC)有助于实现一个或两个光子带隙.当自发辐射相干效应不存在时,探测场被原子系统强烈吸收,因此导致光子带隙严重形变甚至无法形成.数值结果表明,光子带隙结构是由SGC效应导致探测场和耦合场之间的相干增强Kerr非线性调制而产生,并改变驻波场的耦合方式,使系统实现单光子带隙转变为双光子带隙的动态调控.     

在双Lamder模型中实现可调控光子带隙

研究驻波场相干驱动下四能级双Lamder模型的电磁感应光子带隙。当耦合场是远共振或共振时,来自于两邻近能级间的自发辐射相干效应(SGC)有助于实现一个或两个光子带隙。当自发辐射相干效应不存在时,探测场被原子系统强烈吸收,因此导致光子带隙严重形变甚至无法形成。数值结果表明,光子带隙结构是由SGC效应导致探测场和耦合场之间的相干增强Kerr非线性调制而产生,并改变驻波场的耦合方式,使系统实现单光子带隙转变为双光子带隙的动态调控。     

二维电磁感应光子带隙的动态生成与调控

研究了由两个垂直传播的强驻波激光场共同耦合的一个四能级Tripod型冷⁸⁷Rb原子介质的稳态光学响应特性. 结果发现, 当两驻波场满足双光失谐条件时, 可在这两驻波场的传播方向上同时获得反射率高达95%以上的电磁感应光子带隙结构; 通过适当调节强激光场, 还可实现一个方向为光子带隙而另一个方向为透明窗口或者两个方向均为透明窗口的结构. 并且光子带隙和透明窗口的频宽和位置是可调谐的. 这种全光控制的二维的信号光禁闭和导通机制可用于实现全光开关和全光路由, 有利于复杂的全光通讯网络的开发. 关键词： 相干诱导光子带隙 电磁感应透明 周期调制原子相干     

光子晶体特性在EIT介质中的实验实现

基于原子相干效应,研究了在驻波场作用下原子介质的吸收和折射率的周期性调制所产生的周期性微结构特性及其操控。实验结果表明,在驻波场作用下原子介质存在与光子晶体同样的光子带隙特性,而且可通过调节形成驻波的两束光的频率差实现对其光子带隙位置的操控,实现了光子带隙20MHz的频率移动。     

V型三能级原子与双模奇偶纠缠相干光场相互作用系统的光子统计性质

本文采用求解Schr dinger方程和数值计算方法,研究了V-型三能级原子与双模奇偶纠缠相干光场相互作用系统的光子统计性质,结果表明:此性质与双模奇偶纠缠相干光场的纠缠程度、失谐量、原子的初态以及双模光的平均光子数相关联.     

一维原子晶格中基于电磁感应透明的可调控光子带隙

利用电磁感应透明技术,在一维光晶格中相干驱动四能级N模型冷原子,实现动力学可调谐电磁感应光子带隙结构.在该原子系统中,光晶格中的原子密度呈高斯分布,使整个介质的密度在空间上呈周期性分布,导致探测场的折射率被空间调制,从而产生带隙结构.理论计算表明:基于两强耦合场的双暗态共振作用,探测场的吸收谱出现两个透明窗口;当满足Bragg条件时,探测场的三个不同频率区域内光子态密度减小,形成光子带隙结构.另外,改变两个耦合场的强度和失谐可以有效地调控光子带隙的宽度和位置.     

各向异性光子晶体中二能级原子和自发辐射场间的纠缠

应用Von Neumann熵和Schmid tnumber K两种纠缠度量讨论了各向异性光子晶体中二能级原子和自发辐射场间纠缠度的演化性质.研究发现,原子-光场纠缠度的演化与原子上能级和光子晶体能带带边的相对位置有关,当原子上能级处于光子晶体禁带内,原子-光场纠缠度将保持稳定,当原子上能级处于光子晶体能带中,原子-光场纠缠度先增大后衰减到零.纠缠度的大小还与原子的初态有关.可以通过控制原子的初态和原子上能级与带边的相对位置来控制原子-光场纠缠度的演化特性.