Kerr效应对级联型三能级原子与单模腔场相互作用系统原子占居态几率的影响

采用全量子理论,研究了充满Kerr介质的高Q腔中级联型三能级原子与单模相干光场相互作用系统原子占居态几率的时间演化规律;讨论了原子场模间的耦合系数λ、初始场的平均光子数(初始场强)n和 Kerr介质强度系数μ对原子占居态几率的影响.     

Kerr效应对非线性Jaynes-Cummings模型场熵和缠结的影响

Phoenix和Knight提出的量子熵理论,用量子熵作为缠结程度的量度,研究了附加克尔介质依赖强度耦合Jaynes-Cummings模型场熵演化的动力学特性和原子-场的缠结特性,详细地讨论了克尔效应及初始相干光场的强弱对场熵演化特性和原子-场缠结特性的影响,并与原子反转特性相比较.结果表明:在初始相干光场较弱时(n=10),克尔介质的非线性相互作用破坏了场熵演化的周期性,原子-场不再周期消缠结.但在初始相干光场较强时(n=50),克尔介质非线性相互作用只是使场熵演化的周期性减弱,场熵的演化仍近似地有周期性,原子-场仍周期消缠结,克尔效应越强,周期越小.当克尔介质与光场强耦合相互作用时(χ/g=5),原子-场持续消缠结.     

非旋波近似下类克尔介质中“单模光场-受激三能级原子”系统的光子统计演化分析

本文研究了非旋波近似下类克尔介质对“单模光场-受激三能级原子”系统的光子统计演化特性的影响.数值计算的结果表明:类克尔介质的作用直接影响着受激辐射场的平均光子数< n(t) >的Rabi振荡的幅度和频率;而虚光场的影响则表现为受激辐射场的量子噪音,它与激发场强的变化及场与介质的耦合程度密切相关.另外,本文还对< n(t)>进行了频谱分析,结果发现该非线性系统存在着一系列高次谐波;并且,各高次谐波成分和振幅的变化情况完全依赖于激发场强及与介质的耦合程度.     

高Q Kerr介质腔中非关联双模相干态光场与V型三能级原子相互作用系统中光场的等阶Y压缩效应

本文利用多模压缩态理论,详细研究了高Q Kerr介质腔中非关联双模相干态光场与V型三能级原子相互作用系统中双模光场的一次和二次等阶Y压缩效应,结果表明:1)等阶Y压缩特性强烈地依赖于Kerr介质的三阶非线性极化系数(x)和双模光场中各模的平均光子数n¹、n²;当x<1,n¹=n²<1时,不产生等阶Y压缩效应;而当x=2.5、5、10以及n¹=n²=2、5时,光场可呈现出强烈的一次及二次等阶Y压缩效应;2)在x以及n¹、n²相同的条件下,不同压缩阶次的等阶Y压缩效应的时间演化曲线的压缩周期与压缩阶次成反比,压缩度的幅度则随压缩阶数的升高而迅速下降;3)在平均光子不变(即n¹=n²恒定),但Kerr介质不同(即x变化)的条件下,相同压缩阶数的等阶Y压缩效应的Y压缩度曲线的时间演化周期与Kerr介质的三阶非线性化系数x成反比,压缩度的幅度则随Kerr介质的三阶非线性极化系数x的增大而增强;4)等阶Y压缩效应的持续时间以及等阶Y压缩度的大小等强烈地依赖于Kerr介质的非线性程度和光场强度;一般而言,Kerr介质的非线性程度越高(即x越大),并且光场越强(即n¹=n²取值越大),等阶Y压缩效应持续时间就越短,等阶Y压缩度就越大.     

两模光场与原子相互作用中光场周期性和频效应-理想Kerr介质腔中非关联双模相干态光场与V型三能级原子相互作用系统中光场的不等阶和压缩效应

利用多模压缩态理论,通过数值计算研究了高Q Kerr介质腔中非关联双模相干态光场与V型三能级原子相互作用系统中双模光场的不等幂次高次和压缩效应,分别绘出了两模光场第一模i次方第二模j次方不等幂次和压缩度的第一正交分量(Sh1_ij),第二正交分量(Sh2_ij)的时间演化曲线.结果表明:1)Kerr介质的存在和嵌放在介质中的V型三能级原子是产生双模光场不等阶和压缩效应的物质条件,二者缺一不可.2)腔中光场和原子发生光子交换是导致双模光场不等幂次和压缩效应的微观机制.3)在不考虑坐标度的情况下,不同条件下的时间演化曲线呈现非常相似的"崩坍-复原-凹谷"式结构,且复原区的波型振荡次数及凹谷区的振荡下降和振荡上升型式一样.4)在χ以及,不变的条件下,不等幂次高次和压缩度时间演化曲线的崩坍-复原-凹谷式结构的持续时间随压缩阶次的升高而缩短,压缩度随压缩阶数的升高而迅速下降.5)在平均光子不变(即,恒定),但Kerr介质不同(即χ变化)的条件下,不等幂次高次和压缩度曲线的周期随Kerr介质的三阶非线性极化系数χ的增加而缩短,幅度则不受Kerr介质的三阶非线性极化系数变化的影响.6)不等幂次高次和压缩效应的持续时间等强烈地依赖于Kerr介质的非线性程度,χ越大不等阶和压缩效应持续时间就越短.在相同压缩幂次的情况下,不等幂次高次和压缩度演化曲线正向幅度随平均光子数的增大而增大.     

介质腔中场-原子作用系统密度算符间距的演化

利用密度算符间距的概念,关注克尔介质腔中非关联双模相干态光场与V形三能级原子相互作用系统中两子系统(原子和光场)间的信息差异,通过数值计算、图形分析,讨论了不同的原子初始态和克尔效应对系统以及子系统密度算符间距的时间演化特性的影响,结果表明:首先,当不存在克尔介质时,无论原子初始处于哪种状态,系统和原子密度算符间距的振荡均呈现崩塌、复原现象.其次,随着克尔效应的增强,(1)原子初始态为激发态时,系统中原子和光场密度算符间距的演化曲线呈现周期性变化,且克尔效应越强周期性越明显;(2)原子初态为基态时,原子间距的演化曲线逐渐变成一条直线,原子末态几乎不随时间变化,处于稳态,光场间距的演化曲线在不断振荡.最后,激发态和基态原子两种情况下,随着克尔效应的增强,原子间距的值越来越小,即原子末态离初态愈来愈"近",表现了克尔介质的态囚禁效应;光场间距的值增大,即光场末态离初态越来越"远";系统间距的演化曲线保持在1,即在正交态附近振荡.     

附加克介质依赖强度耦合Jaynes-Cummings模型中原子的量子特性

研究了附加克尔介质依赖强度耦合Jaynes-Cummings模型中原子反转特性，并采用密度算符间的距离研究了该模型中原子量子态的演化规律。详细地讨论了克尔非线性作用的强弱以及初始相干光场的强弱对原子反转和原子量子态的演化的影响。结果表明克尔效应的增强使得原子反转演化的周期减小gtR≈πχ2g2+1；在初始相干光场较弱时(n-=10)，克尔介质的非线性相互作用破坏了原子态演化的周期性量在初始相干光场较强时(n-=50)，克尔效应使原子态演化仍近似具有周期必且与原子反转演化的周期相同gtR≈πχ2g2+1。无论初始相干光场强弱如何，随着克尔效应的增强，原子回到初态的布几率增大，当χ-g=5时，原子几乎持续地处于初始的激发态。     

虚光场对克尔介质中受激原子统计性质的影响

研究了类克尔介质中虚光场效应对受激三能级了的光子统计演化性质的影响。结果表明：虚光场效应导致了受激辐射场的光子统计演化中出现的量子噪声,量子噪声随光场频率的增大而减小,当增大到一定值时,量子噪声几乎消失,原子－场耦合系数的增加使光子统计演化的拉比振荡的振幅加大、频率变快;而介质－场耦合系数的增加使光子统计演化拉比振荡的振幅变小、频率变慢。     

高Q Kerr介质腔中非关联双模相干态光场与V型三能级原子相互作用系统中光场的不等阶Y压缩效应

本文利用多模压缩态理论,研究了高QKerr介质腔中非关联双模相干态光场与V型三能级原子相互作用系统中双模光场的不等阶Y压缩效应,绘出了第一模“i(i＝1,2)”次方第二模“j(j＝2,3)”次方Y(i-j-Y)压缩度的第一正交分量(Sy_ij¹),第二正交分量(Sy_ij²)的时间演化曲线.结果表明:1)不等阶Y压缩特性强烈地依赖于Kerr介质的三阶非线性极化系数(x)和双模光场中各模的平均光子数n₁,n₂;当x<1,n₁=n₂<1时,不存在不等阶Y压缩效应;而当x＝2.5,5,10以及n₁=n₂=5,10时,光场和系统开始作用后的很短一段时间内呈现不等阶Y压缩效应.2)在x以及n₁,n₂不变的条件下,不等阶Y压缩度时间演化曲线的崩坍-复原时间随压缩阶次的升高而缩短,压缩度随压缩阶数,特别是两模幂次差的升高而迅速下降.3)在平均光子不变(即n₁=n₂恒定),但Kerr介质不同(即x变化)的条件下,不等阶Y压缩度曲线崩坍时间随Kerr介质的三阶非线性极化系数x的增加而缩短,幅度则不受Kerr介质的三阶非线性极化系数变化的影响.4)不等阶Y压缩效应的持续时间等强烈地依赖于Kerr介质的非线性程度,x越大不等阶Y压缩效应持续时间就越短.不等阶Y压缩度演化曲线正向幅度随平均光子数的增大而增大,负向幅度(压缩度)则随平均光子数的增加而减小.     

高Q Kerr腔中双模光场与V型原子作用光场的等幂次和压缩效应

利用多模压缩态理论,通过数值计算研究了高Q Kerr介质腔中非关联双模相干态光场与V型三能级原子相互作用系统中光场的等幂次和压缩效应. 结果表明: 1)当Kerr介质的非线性系数x≠0时,相互作用系统中双模光场存在间断的等幂次和压缩效应.在相同的介质环境和光强的情况下,最大压缩度发生在一次等幂次和压缩度的第一正交分量和二次等幂次和压缩度的第二正交相位分量上. 2)不论介质和光场强度如何变化, 在不考虑坐标轴标度的情况下, 任意幂次的等幂次和压缩度的时间演化曲线的形状非常相似. 都显示"崩坍复原 凹谷"式结构, 且复原区的波型振荡次数及凹谷区的振荡下降和振荡上升型式一样. 3)演化曲线的周期强烈地依赖于Kerr介质的非线性系数, 且反比于该系数. 演化曲线的幅度强烈地依赖于光场强度,并随着场强的增加而增大.4)等幂次和压缩度的大小随压缩次数的升高而迅速下降(N >2), 但却随着平均光子数的增加而增大.     

类Kerr介质中双模SU(1,1)相干态场与Λ型三能级原子相互作用的量子统计性质

导出了类Kerr介质中双模SU(1,1)相干态场与Λ型三能级原子相互作用系统的态函数,研究了Kerr效应对Λ型三能级原子布居概率、双模SU(1,1)相干态场的互关联函数、Cauchy-Schwartz不等式及二阶相干度的影响.结果表明:Kerr效应使原子与光场的耦合减弱,原子布居的崩塌与复苏的周期缩短;在初始光场较弱和较强两种情况下,类Kerr介质对双模SU(1,1)相干态场两模间的相关性、相关程度以及光子的聚束与反聚束效应产生的作用有明显的区别.     

含克尔介质微波激射器的原子辐射率

建立了含克尔介质微波激射器(micromaser with Kerr medium)的基本量子原理,分析计算了处于不同方式(热原子和超冷原子状态)下的二能级原子沿z轴穿过处于相干态的含克尔介质微腔的原子辐射率,并着重讨论了克尔介质与单模辐射场作用的耦合强度χ、失谐量Δ和原子注入速率r对原子辐射概率的影响. 关键词： 含克尔介质微波激射器 热原子和超冷原子 原子辐射率     

Kerr介质中三能级原子与双模场相互作用的电子跃迁转移

本文研究了充满Kerr介质腔中的V型三能级原子与双模腔场的非共振相互作用,讨论了Kerr效应和失谐量对原子占有态几率的影响.结果表明:Kerr效应和场模失谐都将使原子中发生电子跃迁转移现象.     

含Kerr介质的Λ型三能级原子系统中光场的相位性质

研究了充满Kerr介质的高Q腔中与Λ型三能级原子非共振喇曼作用的单模腔场的相位演化特性,分析了光场频率与原子本征频率的单光子失谐量和Kerr介质对光场相位概率分布、相位扩散和相位频率漂移的影响.     

Kerr效应对二项式腔场谱量子干涉的影响

研究了含Kerr介质高Q腔内单个二能级原子与双模二项式光场发生双光子共振相互作用系统的腔场谱,给出了Kerr效应与量子干涉项ΔS(ω)关系的数值计算结果,讨论了Kerr效应对二项式腔场谱量子干涉的影响.结果表明:若初始时刻原子处于激发态而双模光场处于二项式态,随Kerr效应的增强,致使量子干涉项引起谱线强度的改变量呈现出"不规则的周期性衰减振荡"特性,震荡幅度与两模光场的频差密切相关.在Kerr系数χg(g为光场与原子的耦合常数)时,Kerr效应对干涉项的影响比较强烈;在χg时,趋于平稳.随着Kerr效应的增强,系统腔场谱由对称结构逐渐演化为不对称的多谱线结构.     

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.     

微波激射器注入原子的反转特性

建立了含克尔介质微波激射器腔场稳态光子数分布的表达式.研究了在热原子、临界和超 冷原子的方式下微波激射器中原子在稳态时的反转特性. 结果表明：注入的二能级原子在不 同方式下，原子的反转特性不一样. 在热原子方式下，原子在一部分腔长L的区域无反转， 且随原子注入速率的增大，反转区域和反转概率增大. 在临界方式下，原子的反转呈现周期 性的坍塌和复苏现象. 而在冷原子方式下，原子在腔长L的全部区域无反转. 克尔效应和失 谐量使原子的反转概率减小. 关键词： 微波激射器 原子反转 光子统计 克尔效应