發(fā)布時間：2021-08-11 14:53

　　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處理來實現(xiàn)。上個世紀70年代,人們發(fā)現(xiàn),光場可以在非線性光學介質中相互作用。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。因此,在降低光功率或脈沖能量的同時來實現(xiàn)非線性效應就成為一個長期的目標,這種極限下的研究被稱為量子非線性光學。量子非線性光學的實現(xiàn),可以改善經典非線性器件的性能,例如,能夠實現(xiàn)快速節(jié)能的光學晶體管,從而避免生熱。此外,由單光子控制的非線性開關可以實現(xiàn)光學量子信息處理、量子通信,以及其他依賴于非經典光場的產生和操縱的應用。產生單光子水平的光學非線性手段有很多種,例如:腔與單原子進行耦合、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)出很強的光子-光子相互作用,具有許多獨特的應用。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烈的長程相互作用來實現(xiàn)單個光子之間的強非線性效應。具體研究集中在第三和... 

【文章來源】：長春大學吉林省

【文章頁數(shù)】：57 頁

【學位級別】：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。我們的目標是計算（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)范德瓦爾斯機制。(b)Frster共振機制。(c)共振偶極-偶極相互作用機制。(a)范德瓦爾斯機制。我們首先假設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。圓點為實測值，實線為理論值[37]。通過一系列的實驗使我們能夠詳細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）。理論和實驗之間有很好的一致性，這表明，我們已經在實驗上實現(xiàn)了對單個原子激發(fā)到里德堡態(tài)的精確控制，更進一步，我們可將這種研究擴展到更大數(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(實線)的特征角模式213cos。

【參考文獻】：
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