單光子和原子之間的強耦合在量子信息處理中有重要應(yīng)用,而一維無限長耦合腔陣列是實現(xiàn)光子傳輸?shù)暮芎玫倪x擇之一。Bender等人提出了PT對稱性,這個概念在光學(xué)背景下通過具有特殊對稱性的平衡增益損耗結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)。本文研究將單光子放在具有PT對稱性的的多腔陣列中的散射問題。分別將一個耗散腔、一個增益腔、一個0腔與其它兩個或四個既不存在耗散也不存在增益的腔耦合,將其當(dāng)做散射核,與兩個半無限長腔陣列耦合組成一維無限長耦合腔陣列。并分別研究將原子放在散射核中的0腔與其耦合以及沒有原子與散射核耦合時,單光子的傳輸行為。利用離散坐標的方法來求解系統(tǒng)的薛定諤方程,求解出合適的本征值以及本征波函數(shù),得到單光子在一維無限耦合腔陣列中傳輸?shù)姆瓷渎室约巴干渎实谋磉_式,調(diào)節(jié)體系參數(shù)觀察單光子在腔中傳輸時反射率以及透射率的變化規(guī)律。通過研究單光子反射率以及透射率變化規(guī)律得到:單光子在具有PT對稱性的腔陣列中傳輸時,其散射行為也具有PT對稱性,其從兩側(cè)入射時,反射率的圖像是對稱的,透射率的圖像是相同的。而且當(dāng)散射核中腔的個數(shù)不同時,反射率以及透射率會出現(xiàn)相同的變化規(guī)律,適當(dāng)?shù)臏p小體系的增益(耗散)率,會更好的控制這種趨勢相同,所以散射核部分可以看做一個光子開關(guān)。當(dāng)散射核中有原子與其耦合時,原子會抵消一部分耗散,反射率會出現(xiàn)大于1的現(xiàn)象,而且通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)參數(shù)還會出現(xiàn)和無原子時完全不同的現(xiàn)象,因此,有原子時,也可以把散射核部分當(dāng)做光子開關(guān),而且可以看做光子放大開關(guān)。
【學(xué)位單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O572.31
【部分圖文】：

在理論和實驗上，PT 對稱的概念花了大約十年的時間才進入光學(xué)領(lǐng)域。在這種，勢的實部和虛部被折射率的實部和虛部所取代。因此，光學(xué)中的點對稱表示折空間對稱實部和空間反對稱虛部的材料系統(tǒng)折射率。后一種情況自動意味著系統(tǒng)著損失（正虛部）和增益（負虛部）的平衡分布。

(a)(b)圖1.2 耦合波導(dǎo)諧振器系統(tǒng)圖(a) 與空腔耦合的波導(dǎo)的一般幾何結(jié)構(gòu) 圖(b)間接耦合諧振腔光波導(dǎo)的例子以色列雷霍沃特的魏茨曼科學(xué)研究所做了一個研究，設(shè)計了光量子開關(guān)，它的原理是控制在微球光學(xué)諧振腔中耦合的銣原子的量子態(tài)，能夠使量子開關(guān)選擇光纖中光子傳輸?shù)穆窂�，包括兩個輸入、輸出路徑。在原子與光子的相互作用下，光量子開關(guān)能控制光子的傳輸路徑而不破壞編碼在光子疊加態(tài)中量子信息的效果。因此，我們可以研究在一維耦合諧振腔陣列中加入原子時，原子與一維耦合腔陣列耦合，觀察單光子在其中的傳輸特點[75-77]。自然情況下波的傳播或者是在復(fù)雜介質(zhì)中工程化的波的傳播是一個跨學(xué)科的研究領(lǐng)域，涉及各種系統(tǒng)，如經(jīng)典波、量子波、原子物質(zhì)波。盡管存在這種多樣性，這些系統(tǒng)的波動特性為理解它們的傳輸特性提供了共同的框架。其中一個特征是波干涉現(xiàn)象。它們的存在導(dǎo)致波在隨機介質(zhì)中傳播完全停止，這可以通過增加介質(zhì)的隨機性來實現(xiàn)。五十年前

5圖1.3 具有PT對稱性的一維多層無序介質(zhì)如圖1.3所示，介質(zhì)左側(cè)的綠色表示耗散的一側(cè)，右側(cè)紅色的區(qū)域表示增益的一側(cè)，增益和耗散的折射率分布是均勻的，反射率的實部 ( ) ( )R Rn x = n x。對于系統(tǒng)尺寸足夠大(強大的無序性或者較大的增益和損耗)的情況，如果入射波從結(jié)構(gòu)的有損耗側(cè)進入(淺綠色箭頭)，則系統(tǒng)充當(dāng)高性能吸收體，而如果入射波從增益?zhèn)?暗紅色箭頭)進入結(jié)構(gòu)，則系統(tǒng)“超反射”。1.3 論文框架利用單光子在一維無限耦合腔陣列中傳輸?shù)男再|(zhì)，近些年來已經(jīng)研究了很多的量子器件，為了更加精確的描述這些量子器件的性質(zhì)，將展開本文的研究。本文通過對具有PT 對稱性的一維無限耦合腔陣列進行研究
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本文編號：2865034