在真空中傳播的光子之間極難發(fā)生相互作用,光在傳播中的這種特性,加上足夠高的頻率和大帶寬,使得光信號成為遠(yuǎn)距離通信的首選媒介。然而,有時候信息的處理需要信號之間某種形式的相互作用,這種相互作用往往可以通過非線性光學(xué)處理來實(shí)現(xiàn)。上個世紀(jì)70年代,人們發(fā)現(xiàn),光場可以在非線性光學(xué)介質(zhì)中相互作用。但在相同光功率下,傳統(tǒng)材料的非線性與單個光子的非線性相比可以忽略不計(jì)。因此,在降低光功率或脈沖能量的同時來實(shí)現(xiàn)非線性效應(yīng)就成為一個長期的目標(biāo),這種極限下的研究被稱為量子非線性光學(xué)。量子非線性光學(xué)的實(shí)現(xiàn),可以改善經(jīng)典非線性器件的性能,例如,能夠?qū)崿F(xiàn)快速節(jié)能的光學(xué)晶體管,從而避免生熱。此外,由單光子控制的非線性開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)量子信息處理、量子通信,以及其他依賴于非經(jīng)典光場的產(chǎn)生和操縱的應(yīng)用。產(chǎn)生單光子水平的光學(xué)非線性手段有很多種,例如:腔與單原子進(jìn)行耦合、將光子映射到原子系綜中、原子-原子相互作用等,這些系統(tǒng)表現(xiàn)出很強(qiáng)的光子-光子相互作用,具有許多獨(dú)特的應(yīng)用。本論文中,我們采取原子-原子相互作用系統(tǒng),擯棄了光腔,通過利用里德堡原子之間強(qiáng)烈的長程相互作用來實(shí)現(xiàn)單個光子之間的強(qiáng)非線性效應(yīng)。具體研究集中在第三和... 

【文章來源】：長春大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：57 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

一些早期發(fā)展的時間表

71211ddi30314dddndnVRrrrrrrr（2-5）這里nR/Rrr，idr是原子i的電偶極算符。我們用|，|，...代表單個原子的本征態(tài)，對應(yīng)的本征能量為E，E，...(代表量子數(shù),,,jnljm)。在沒有相互作用的時候，雙原子系統(tǒng)的本征態(tài)可寫為雙態(tài)|||，其能量可表示為EEE。我們的目標(biāo)是計(jì)算（2-5）式的微擾對這些雙態(tài)的影響。根據(jù)具體情況，可獲得三種機(jī)制（如圖2-1所示）圖2-1兩個里德堡原子之間的各種相互作用[37]。兩個不同的里德堡態(tài)|和|之間的(a)范德瓦爾斯機(jī)制。(b)Frster共振機(jī)制。(c)共振偶極-偶極相互作用機(jī)制。(a)范德瓦爾斯機(jī)制。我們首先假設(shè)這兩個原子制備在相同的態(tài)|上。通常情況下，雙態(tài)|不會隨著其他任意雙態(tài)而簡并（圖2-1(a)），典型的分裂是幾GHz，因此我們使用非簡并微擾理論。對于一階，沒有能量位移，由于idr是奇宇稱算符且原子態(tài)|有確定的宇稱，在|中ddiV的平均值為零。因此由二階微擾理論給出能量位移：2ddi,,VEEE（2-6）這里求和符號代表所有偶極耦合到|的態(tài)。在ddiV中是二階的，隨距離變化的尺度是61/R，簡單來說就是范德瓦爾斯相互作用。由于（2-6）中的分子與偶極矩的四次方成正比，所以它的尺度為8n；分母是相鄰雙態(tài)之間的能量差，尺度為31/n。因此，系數(shù)6C隨著n的增加而急劇增加，尺度為11n。對于一個原子數(shù)目N2的系統(tǒng)，范德瓦爾斯相互作用的影響往往是成對相加

9其中系數(shù)3C是在|和|之間的兩個偶極算符矩陣元的乘積，因此尺度為4n。圖2-2在不同的機(jī)制下測量里德堡原子間的相互作用隨距離的變化。原子間距離為R，原子間相對位移方向和外加電場方向平行。圓點(diǎn)為實(shí)測值，實(shí)線為理論值[37]。通過一系列的實(shí)驗(yàn)使我們能夠詳細(xì)地探索里德堡原子之間各種類型的相互作用的空間依賴性，它們既是距離的函數(shù)（圖2-2），也是角度的函數(shù)[9,15]（圖2-3）。理論和實(shí)驗(yàn)之間有很好的一致性，這表明，我們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了對單個原子激發(fā)到里德堡態(tài)的精確控制，更進(jìn)一步，我們可將這種研究擴(kuò)展到更大數(shù)量的原子系統(tǒng)中去。圖2-3兩個里德堡原子間相互作用的角度依賴性[37]。原子間相對位移方向和外加電場方向之間的角度為。（a）在3/2nD中，兩個原子之間的范德瓦爾斯相互作用表現(xiàn)出明顯的各向異性。（b）在1nS/2中各向同性。（c）在Frster共振下，相互作用顯示偶極-偶極相互作用(實(shí)線)的特征角模式213cos。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Parametric amplification of Rydberg six- and eight-wave mixing processes[J]. ZHAOYANG ZHANG,JI GUO,BINGLING GU,LING HAO,GAOGUO YANG,KUN WANG,YANPENG ZHANG.  Photonics Research. 2018(07)



本文編號：3336360