近來,具有手征性光-物質耦合作用體系量子特性的研究引起了研究者們的廣泛關注。這是因為:（1）該研究可以加深人們對光-物質相互作用的理解。（2）可以通過手征性耦合來調控分子或者原子。（3）構建具有手征性的的開放性量子網(wǎng)絡�；诖嘶A,文章研究了具有手征性原子-光物質耦合體系的量子特性。首先,我們研究了一個含有簡并參量下轉換的光腔和一個二能級原子構成的雜合系統(tǒng),且二者均與一個共同的一維光子波導發(fā)生單向性耦合。將一維光子波導中的光子模式視為白噪聲熱庫,當腔-原子系統(tǒng)與波導發(fā)生弱耦合相互作用時,利用波恩-馬爾科夫近似可以得到腔-原子體系滿足的主方程。當激光驅動場非常微弱時,可以將光子的Fock態(tài)截斷在有限的希爾伯特空間,并由此得到了系統(tǒng)演化到退相干-自由子空間的條件,同時,也給出了產(chǎn)生暗態(tài)的條件,并且發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)通過兩個不同的路徑可以退化到一個純的暗態(tài)。之后利用數(shù)值計算求解主方程,獲得了與解析解一致的結果。其次,我們討論了具有手征性耦合的腔-原子體系中原子的熒光光譜性質。考慮由激光驅動非簡并的三能級級聯(lián)型原子與雙模光腔體系,光腔包含一個非簡并下轉換（NOPO）,且原子與腔通過一維光波導形成單向耦合... 

【文章來源】：華中師范大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２在光子納米結構中定向耦合的示例：（ａ）圖表示的是兩個方向相反的圓形極化偶極子經(jīng)過??自發(fā)輻射衰減到光子晶體波導中不同的方向

在電介質納米結構［４２，?６４，?６５，?６７，７２］或者等離子體納米結構［６８－７１］中，將經(jīng)??典發(fā)射器［６８－７４］或者量子發(fā)射器［４２，?６４，?６５，?７５］與束縛光場相耦合時，可以觀察到定??向耦合現(xiàn)象。如圖１．２所示。人們還評估了在光子晶體波導中，缺陷的存在對定向耦合??位置的穩(wěn)定性的影響［７５，７６］，結果表明，定向耦合的位置在這類系統(tǒng)的分布具有較好??的穩(wěn)定性。文獻［４２］中的實驗結果表明，在經(jīng)過特殊設計的光子晶體波導中，量子發(fā)射??器的光學躍遷的螺旋性決定了在波導中單光子發(fā)射的方向。在所有發(fā)射的光子都耦合??到波導的條件下，超過９０％的單光子在波導中具有單一方向性。??１．３．２里德堡原子或者離子拼構建的手征性量子網(wǎng)絡??手征性量子網(wǎng)絡不僅可以通過將原子與光子波導中的光子耦合來實現(xiàn)，其他能夠??替代光子波導作為量子通道．的方案也相繼提出。圖１．３．（ｂ）中是將原子與一個一維自旋鏈??中的磁振子耦合的系統(tǒng)，該一維自旋鏈是由（堿金屬）里德堡原子陣列構成，可以通??過光晶格［７７，?７８］、光鑷［７９，?８０］或者磁阱［８１，８２］來實現(xiàn)。利用偶極－偶極相互作用中固??有的軌道－自旋特性可以實現(xiàn)原子與磁振子之間的手征性相互作用［８３－８５］。??圖１．３．（ｃ）則是原子與一維聲子波導中的聲子耦合的系統(tǒng)。該聲子波導實際是由離??子阱排列而成，且每個離子阱是一個二能級系統(tǒng)。與之前方案不同的是，在這個體系??６??

應；ｔｅ?＝?±７Ｔ／２。紅色線表示的是耦合強度卯。??對于里德堡原子Ｓ?＝?１／２，對于離子ｓ?＝?０。式子中的存在使得在Ａ；處出現(xiàn)非??堆成的耦合現(xiàn)象。如圖１．４所示ａ?＜?０表示向右傳播，＞?０表示向左傳播），??在扣＝＜２處，向右傳播的模式比向左傳播的模式具有更大的耦合。這就意味著形成了??單向性耦合。??同時也有其他更靈活的耦合方案被提出，比如將二能級系統(tǒng)通過其它途徑間接地??和波導耦合起來。如圖ａ所示，二能級系統(tǒng)與一個光腔耦合，而腔的輸出端與一個循環(huán)??器或者其它非互交型器件連接。在壞腔極限下（ｋ》．＜７），一組這樣的量子位節(jié)點通過??波導可以構成單向量子網(wǎng)絡。此時有效的二能級系統(tǒng)到波導的衰減率為７?＝?２ｐ２／／ｃ，其??中３是二能級系統(tǒng)－腔的耦合系數(shù)。另外一種是可以在電路諧振腔環(huán)境中實現(xiàn)這種單向??設計，如圖ｂ所示�；蛘哌\用光力傳感器系統(tǒng)也可以來實現(xiàn)這種單向耦合，如圖ｃ所示??的。??（ａ）?°＾ｌ?（ｂ）?｛Ｃ）?ｊｎ＾??＝＝＼〇／：＝?ｄｈＦ?—卜憙卜?ｗ－－今．＝??｛?ｃｈａｒｇｅ?ｑＵｂｉｔＶ?＼?ａｌ??＾６?＾Ｌ／ｃａｖｉｔｙ??＼?１?Ｉ?Ｌｊ?＇?ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｍ?ｓｐｉｎ??＼?—?）?■?ｒｅｓｏｎａｔｏｒ?ｑｕｂｉｔ??圖１．５?其他可以實現(xiàn)級聯(lián)型量子網(wǎng)絡的物理實體：（ａ）將腔與循環(huán)器連接，（ｂ）非交互性超導電路上??的單向調節(jié)


本文編號：3114118