光通信相對于無線通訊等其他通訊手段來說,是一種非常具有優(yōu)勢的通信手段。光通信具有通信容量大,信號衰減小以及保密性好等無與倫比的優(yōu)勢。然而,與傳統(tǒng)的光通信相比,量子通信最大的優(yōu)勢在于最具安全性。量子通訊作為一種新型的具有發(fā)展?jié)摿Φ谋Ｃ芡ㄓ嵎绞?在國家安全等方面具有重要意義。在量子通訊中,單光子具有最低的光子數(shù)量且能量不能再分割,并且單光子可以加載偏振等信息,因此,在量子通訊中,單光子成為一種重要的通信載體。隨著對各種非線性光學(xué)介質(zhì)尤其是原子系綜、量子點(diǎn)等新型單光子源平臺的開發(fā),單光子的制備和調(diào)控在近20年來得到了快速的發(fā)展。另一方面,對于單磁子的研究在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域從不間斷。至目前為止,對于磁子的研究依然是一個(gè)重要的課題。而原子自旋波在進(jìn)行量子化處理后也可作為一種原子內(nèi)部的準(zhǔn)磁子。單光子與原子系綜中的原子自旋波相互作用,其實(shí)就是單光子與原子系綜中的基態(tài)和相干激發(fā)態(tài)之間的相互作用,對它的研究對實(shí)現(xiàn)有效的量子中繼、量子存儲器有重要的物理意義。本論文的工作主要研究的是單光子與單原子磁子在冷原子系綜中的直接干涉。我們在冷原子系統(tǒng)形成的非厄米的光學(xué)分束器中,通過調(diào)節(jié)耦合光與探測光失諧或者耦合光與a... 

【文章來源】：華東師范大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

所示，我們考慮一個(gè)二能級的原子系統(tǒng)，并且系統(tǒng)處于基態(tài)

華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文3第二章基于冷原子系統(tǒng)產(chǎn)生的單光子與單個(gè)原子自旋波大體上講，人們將原子系綜分為：熱原子系綜（溫度在室溫左右），冷原子系綜（溫度在mK及其以下量級）。然而，由于當(dāng)原子溫度較高時(shí)，原子的熱運(yùn)動(dòng)比較明顯，使得原子團(tuán)難以精確控制，使得控制原子集體行為較困難。在大多情況下原子的熱運(yùn)動(dòng)對研究原子的性質(zhì)是極其不利的。為了對原子的光學(xué)譜線進(jìn)行研究，對原子的反射情況、光和原子之間的干涉以及原子碰撞等問題進(jìn)行深入研究，利用激光冷卻囚禁技術(shù)制備的冷原子系綜是一個(gè)理想的實(shí)驗(yàn)平臺。2.1中性原子的激光冷卻的原理在1975年時(shí)，T.W.Hansch等人就創(chuàng)造性的提出了對池中的原子系綜進(jìn)行激光冷卻的物理思想[29]。到了1981年的時(shí)候，W.D.Phillips等人提出了利用多普勒效應(yīng)實(shí)現(xiàn)激光冷卻原子的想法并且進(jìn)行了與之相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，最終實(shí)驗(yàn)成功[30]。如圖2-1所示，我們考慮一個(gè)二能級的原子系統(tǒng)，并且系統(tǒng)處于基態(tài)。由于熱運(yùn)動(dòng)的原因，室溫下的原子將做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，因此我們可以認(rèn)為原子向著x,y,z三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)我們將情況簡化，我們僅僅考慮沿著一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量為P的原子。我們在沿著原子與運(yùn)動(dòng)的方向注入兩束紅失諧近共振激光，其中兩束激光方向相反但是位置相同，由于多普勒效應(yīng)，原子吸收對向來的光子比較多，吸圖2.1多普勒冷卻原理

華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文5圖2.2磁光阱冷卻原理(a)在z軸方向的塞曼分裂(b)三維磁光阱激光冷卻技術(shù)達(dá)到了蒸發(fā)冷卻的程度，此時(shí)原子團(tuán)已達(dá)到玻色愛因斯坦凝聚所需要的溫度，我們可以在實(shí)驗(yàn)中觀測到玻色愛因斯坦凝聚現(xiàn)象。到目前為止，蒸發(fā)冷卻溫度達(dá)到了nK級別。然而蒸發(fā)冷卻技術(shù)已經(jīng)是冷卻技術(shù)的極限，到目前為止人們尚未找到進(jìn)一步冷卻的方案。利用冷原子技術(shù)可以利用其原理制造冷原子光鐘，原子芯片，量子計(jì)算等。冷原子光鐘的出現(xiàn)使得時(shí)間的測量精確度更高；基于冷原子技術(shù)制成的原子芯片相對于傳統(tǒng)芯片損耗更��；基于光晶格原子的量子計(jì)算機(jī)的也有望于大幅度提高計(jì)算速度并進(jìn)行對復(fù)雜的量子系統(tǒng)的模擬。到目前為止，冷原子已經(jīng)具有了非常廣闊的應(yīng)用前景。2.2磁光阱冷卻上述多普勒理論中，我們已經(jīng)可以將原子冷卻，然而冷卻的原子在三維空間，并且我們無法將冷卻的原子進(jìn)行操控，使得其密度較低，這不利于我們對原子團(tuán)做進(jìn)一步的研究，不利于研究原子團(tuán)的集體行為。因此，早在上世紀(jì)60年代，利用磁場將中性原子囚禁的思想就被提出。80年代W.D.Phillips等人利用磁阱實(shí)現(xiàn)了Na原子的磁囚禁，同時(shí)S.Chu等人提出用光學(xué)偶極阱將Na原子囚禁[31]，從此打開了操控冷原子的大門。在此，我們著重介紹磁光阱冷卻原理。在2.2所示的磁光阱冷卻原理中，我們以簡單的二能級原子為例，其中原子基態(tài)的自旋S為0，角動(dòng)量為0；激發(fā)態(tài)原子的自旋為1，角動(dòng)量為1。在圖（b）(b)（a）(a)


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