两模腔中的参量上转换和下转换

提出了一种通过建立双线性二次哈密顿量在量子腔中实现参量上转换和下转换的方案.通常在非线性过程中,介质本身不参与能量的净交换,但光波频率可以发生转换的作用称为参量转换作用.此方案建立在一个四能级原子同时与两经典场和两量子场相互作用的基础上,理论属于非线性光学四波混频范畴.将原子制备在合适的能级上,经典光场与相应的能级发生共振,而同时量子光场与相应的能级产生大失谐相互作用,在强相互作用区域内,原子和腔场失耦合,进而实现腔模的参量转换.根据所制备初始能级的不同以及光场激发能级的差异,分别实现了参量上转换和参量下转换.在利用参量下转换制备压缩算符后,对实验的可行性进行了讨论,并且给出了理论值.结果表明：在级联三能原子中采用一个级联双光子过程代替了原来的两个偶极禁戒跃迁间的经典驱动,可以保证高的不同频率之间的转换效率,并且用于光的量子操控和量子信息处理.     

非简并参量下转换过程中的量子导引性质

本文研究了非简并参量下转换过程中量子导引的特性。研究发现:在短时区域,光场间可以实现双向的量子导引。在稳态区域,光场间只能实现单向的量子导引,双向的量子导引不能产生,并且若光场具有相同的耗散速率,则量子导引不可形成;相比于导引光场,被导引光场则需具有更大的耗散速率。此外还发现在阈值点附近,没有稳定的量子导引产生。     

非简并参量下转换中信号模的起伏谱

利用线性Langevin方程和谱矩阵,采用全量子方法讨论了非简并参量下转换中,腔外信号模在阈值以上和阈值以下的起伏谱,得出在这一过程中信号模与闲置模通常处于最小测不准态.     

自发参量下转换双光子场的产生及其在光学计量中的应用

讨论自发参量魃光子场的产生机理，提出一种基于自发参量下转换双光子场绝在量子效率新方法。基于这一方法地光子计数型电倍增管的量子效率进行测量，并将实验结果与常规方法没得的结果进行比较。     

泵浦光的入射角对参量下转换的影响

利用参量下转换制备相关光子实现对各类探测器的量子效率的定标,是近年来兴起的新型定标技术。由于参量下转换的光子转换效率低,探测器输出信号信噪比小。采用短波激光器泵浦PPLN周期极化性晶体,可获得较大功率的参量光。分析了泵浦光在PPLN晶体端面的入射角对参量光的转换效率、空间分布、参量带宽及晶体周期的影响,并进行了数值模拟。分析发现当泵浦光正入射晶体端面时,参量光功率转换大,带宽小,发散角大;随着泵浦光入射角度逐渐增大,参量下转换的转换效率降低,相关光子的带宽变小,发散角变小且参量光的中心波长的空间位置会发生相对偏移。该研究结果可为相关光子探测、模拟探测器量子效率的高精度定标提供理论依据。     

等效零折射率材料微腔中均匀化腔场作用下的简正模劈裂现象

研究了零折射率材料微腔中人造原子与腔模的相干耦合现象.首先通过数值模拟的方法研究了在二维光子晶体微腔中填充阻抗匹配的零折射率材料后腔模的场分布.结果表明零折射率材料的引入使得原本以驻波场形式存在的腔模分布在整个微腔中变得近似均匀且值最大.其次,将人造原子放入腔中的不同位置并与腔模耦合,结果从频谱上观察到腔模的劈裂与人造原子在腔中的位置无关.最后,利用微波实验,通过开口谐振环等效的人造原子与一维复合左右手传输线等效的零折射率材料微腔之间的耦合验证了仿真结果的准确性.该结果为腔量子电动力学中量子点对位难的问题提供了新的方案,同时零折射率材料微腔也为今后研究原子与光子之间的相互作用提供了一个新的平台.     

基于自发参量下转换产生参量荧光的光谱分布特性理论分析

采用放大传递函数理论模拟和分析了基于自发参量下转换产生参量荧光的光谱分布特性,结果表明：非简并态下随着相位匹配角的增大,参量荧光空间强度角分布呈现变大趋势,而整个荧光光谱成分的分布逐渐倾向于连续的弱分布状态.对于简并态附近出现荧光光谱具有宽带宽集中分布的特征,采用两种不同的抽运光脉冲进行了对比分析,并且对此特征关于相位匹配角变化的敏感特性,采用放大传递函数和光谱成分概率分布函数两种不同理论的模拟结果一致. 关键词： 参量下转换 参量荧光     

高效率光参量转换

用一块6.5×9×20(长度)mm KTP晶体获得625nm～3575nm的皮秒可调谐激光.能量转换效率高达30%,最大信号光峰值功率34MW.     

量子微腔中腔场衰变对运动原子自发辐射的影响

通过分析环形微腔中单模量子电磁场与低速运动二能级原子相互作用过程中光子与原子质心的动量交换效应，本文详细研究了原子质心的运动多谱勒效应及光子反冲对原子能级自发辐射寿命的影响，本文理论证明了这效应起因子腔壁引起腔模的衰变，在一定条件下，原子质心运动将增强或低原子的自发辐射。     

分析自发参量下转换光场结构辅助搭建双光子纠缠源

用高灵敏度光谱仪实测纠缠点附近SPDC光场的波长-空间位置关系、强度-空间位置关系,辅助定位光场中的纠缠点位置,搭建双光子偏振纠缠源.测量不同条件下的符合对比度,计算Bell不等式,验证了量子力学的完备性.该方法提升了传统纠缠源实验的教学品质,同时降低此类传统实验的操作难度,减少学生完成纠缠源实验所需时.     

增光子二模纠缠相干态的纠缠特性及其通过腔量子电动力学的制备

分析了增光子二模纠缠相干态的纠缠特性,得到共生纠缠度的解析表示式.结果表明:增光子二模纠缠相干态的共生纠缠度与叠加态的相位有非常灵敏的关系.提出了一种制备增光子相干态和增光子二模纠缠相干态的方法,其制备过程为首先把增光子相干态转化为相干态与真空态一种特殊的叠加态(叠加系数与相干态振幅有关),再通过位于高Q腔内的原子与经典激光场的相互作用,从而实现增光子相干态的制备.通过一个飞行原子先后与两个光腔中光场相互作用可以实现增光子二模纠缠相干态的制备.     

增光子二模纠缠相干态的纠缠特性及其通过腔量子电动力学的制备

分析了增光子二模纠缠相干态的纠缠特性,得到共生纠缠度的解析表示式.结果表明:增光子二模纠缠相干态的共生纠缠度与叠加态的相位有非常灵敏的关系.提出了一种制备增光子相干态和增光子二模纠缠相干态的方法,其制备过程为首先把增光子相干态转化为相干态与真空态一种特殊的叠加态(叠加系数与相干态振幅有关),再通过位于高Q腔内的原子与经典激光场的相互作用,从而实现增光子相干态的制备.通过一个飞行原子先后与两个光腔中光场相互作用可以实现增光子二模纠缠相干态的制备.     

On the phase-space analysis of photon mediated quantum state transfer in nanophotonic waveguidance

A cavity quantum electrodynamics (QED) based approach for transferring quantum state between quantum nodes has been proposed, wherein a rubidium (⁸⁷Rb) atom trapped inside a two-mode optical cavity forms the quantum node and photons serve as the information carrier between two such nodes. Information is encoded into polarized photon states generated through the application of a system of lasers. The focus is made on the phase-space analysis of the approach, wherein two subspaces of the hyperfine energy levels with magnetic sub-levels of rubidium (⁸⁷Rb) atom represent the logic states ‘0’ and ‘1’. The system of lasers initiates a cavity assisted Raman process which, in turn, generates a right- or left-circularly polarized photon depending on the logic state of the transmit node. Once the photon is received (at the receive node), the logic state of the transmit node is restored into the receive node through a cavity QED process.     

Environment induced quantum Zeno effect in coupled microwave cavities

We model a feasible experiment involving two interacting microwave cavities with very different quality factors. An excitation is initially present in the high Q cavity. Modeling the environment as linearly coupled oscillators, we find a Zeno-like behavior which should occur when the dissipation constant is large enough as compared to the unitary coupling.     

多模腔场与耦合原子之间量子纠缠信息的传递规律

提出了多个“耦合双原子-腔-多模光场”相互作用系统的集合模型,发现了该物理系统中量子纠缠信息的传递规律.即：处于基态的原子以特定速度通过处于纠缠态的腔场时,原子能够将光场的纠缠信息据为已有;反之,纠缠原子以特定速度通过真空场时,原子能把纠缠信息释放于腔中,这样便实现了腔-原子之间纠缠信息的交换传递.利用原子能够捡起、释放量子纠缠信息的特点,进一步实现腔-腔之间异地量子纠缠信息的传递.在不同条件下,量子纠缠信息还可以保持.     

双模相干态和压缩真空态光场-非等同两原子体系的腔场谱

研究了两个非等同二能级原子与双模腔场相互作用过程的腔场谱.导出了双模初始光场处于任意量子态时腔场谱的计算公式,给出了光场处于相干态和压缩真空态时的数值结果,讨论了相对耦合常数R=g2/g1和初始场强对腔场谱的影响.发现相干态光场的腔场谱在R很小时为双峰,在R接近于1时为3峰.压缩真空态的腔场谱在弱场条件下表现为复杂的多峰结构,在强场条件下则只有单一经典共振峰或裂距很小的双峰.     

高精细度法布里-珀罗光学微腔及其在强耦合腔量子电动力学中的应用

强耦合腔量子电动力学(cavity quantum electrodynamics,简称C-QED)系统主要用于研究受限于空间中的光与物质相互作用的物理现象.该系统为深入认识原子与光子间相互作用的动力学行为提供了有力工具.高精细度法布里-珀罗光学微腔(Fabry-Perot cavity,F-P腔)作为强耦合C-QED...     

Bunching and Antibunching in Cavity QED

We study the statistics of the emitted filed from Rydberg atom confined inside a microcavity and interacting with a pump laser in the strong coupling regime. We explore the manifestation of the antibunching in connection with the internal system parameters.