本文關(guān)鍵詞：冷原子中單頻光場動態(tài)傳播特性的量子相干調(diào)控　出處：《吉林大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 原子相干 Berry相位 光學(xué)不互惠性 里德堡存儲

【摘要】：光與原子相互作用,已成為量子光學(xué)研究中最重要的課題之一,在現(xiàn)代物理學(xué)和量子信息科學(xué)領(lǐng)域中展現(xiàn)出強勁的發(fā)展勢頭和獨特優(yōu)勢,而基于相干光場與原子介質(zhì)相互作用的產(chǎn)物——原子相干效應(yīng),更是受到人們的廣泛研究及應(yīng)用。在量子水平探究光與原子相互作用不僅對量子光學(xué)的發(fā)展有著重要意義,還促進了量子光學(xué)和信息學(xué)科的交叉。本論文中,我們主要在多能級冷原子模型中利用原子相干效應(yīng)研究量子光學(xué)系統(tǒng)中一些有趣的現(xiàn)象和重要的應(yīng)用。本文將對原子相干效應(yīng)進行回顧,例如電磁誘導(dǎo)透明和受激拉曼絕熱過程,重點介紹了單頻光場在傳播過程中的任意Berry相位的積累、雙色不互惠性質(zhì)以及存儲和提取等相關(guān)研究工作的物理方法、研究背景及近況。為進一步在實驗上實現(xiàn)有效的相位門、光學(xué)二極管和光學(xué)開關(guān)等提供有意義的指導(dǎo),也為量子信息的實際應(yīng)用打下堅實基礎(chǔ)。第三章中,我們在三能級(43)型相干冷原子系統(tǒng)中提供了有效的部分受激拉曼絕熱過程來精確地積累任意Berry幾何相位的方案。不精確的量子門操作給實驗上實現(xiàn)量子信息過程帶來了一定的影響,而絕熱技術(shù)可以提供有效而且穩(wěn)定的方法來克服這種不確定性。部分受激拉曼絕熱過程不同于標(biāo)準(zhǔn)的受激拉曼絕熱過程,它可以實現(xiàn)初始態(tài)和目標(biāo)態(tài)的任意粒子數(shù)布局進而實現(xiàn)兩個態(tài)的任意相干疊加態(tài),并可以實現(xiàn)任意相位的積累。但是Berry幾何相位的積累需要經(jīng)歷一個循環(huán)演化路徑,所以我們需要精確安排泵浦和斯托克斯脈沖的時間序列來構(gòu)成兩個對稱的部分受激拉曼絕熱過程。隨后,我們可以通過由泵浦脈沖和斯托克斯脈沖決定的混合角來進行調(diào)節(jié)所獲得的幾何相位的大小。通過數(shù)值計算表明,由于脈沖寬度和時間延遲對各個能級的粒子數(shù)布局并不敏感,故可以用來更精確地積累Berry幾何相位。精確積累任意Berry相位可以用來構(gòu)建特殊的量子門,并在量子計算和快速產(chǎn)生相位門上做出一定貢獻。我們還可以利用更復(fù)雜的脈沖序列將這個方案還拓展到其他多能級系統(tǒng)中。第四章中,我們將Tripod型冷原子裝載進一維光學(xué)晶格中,并在運動的光晶格系統(tǒng)中提出一個獲得雙色不互惠反射和透射效應(yīng)的方案。與先前的工作相比,我們選擇一個實驗上更加合理的高斯型的原子密度分布和一個低至3 m/s的原子運動速度。由于多普勒效應(yīng),運動原子的光學(xué)響應(yīng)將會被改變。這主要表現(xiàn)在探測場的極化率沿著傳播方向會出現(xiàn)一個頻移。當(dāng)原子晶格低速運動,探測場的反射和透射系數(shù)會被改變,則我們可以分別在兩個頻率區(qū)域獲得高效率的反射和透射不互惠效應(yīng)。經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn),我們在可調(diào)光子帶隙的陡峭邊緣附近觀察到對比度高為92%(85%)的透射(反射)不互惠效應(yīng)。并且,不互惠效應(yīng)的效率和頻率區(qū)域可以通過耦合場的失諧、探測脈沖的空間長度以及原子晶格速度等參數(shù)進行調(diào)控。這個方案得到的高效透射不互惠效應(yīng)可以用來實現(xiàn)全光二極管、光隔離器以及單向傳輸?shù)?反射不互惠效應(yīng)可以用來實現(xiàn)隱形材料。這項技術(shù)還可以輕易地拓展到其他多能級系統(tǒng)中用來實現(xiàn)多色不互惠效應(yīng)。第五章中,我們在相干超冷里德堡原子系綜中,研究一對單光子脈沖的動態(tài)存儲和提取過程,并提供光脈沖的動力學(xué)演化和光子-光子相互作用的更真實圖像。先前關(guān)于里德堡EIT方面的工作主要是基于光的穩(wěn)態(tài)傳播圖像,我們則采用數(shù)值模擬其動力學(xué)公式的方法來研究相互作用脈沖的動態(tài)吸收和傳播的整個量子過程。脈沖之間不斷變化的相互作用會使這個過程變得十分復(fù)雜,即使在微擾情況下也會顯著地改變它們的吸收和色散性質(zhì)。通過數(shù)值計算我們發(fā)現(xiàn),在里德堡介質(zhì)中,當(dāng)兩個光子靠近時帶有正、負(fù)失諧的光子在傳播過程中會展現(xiàn)出不同的圖像,而不總是由里德堡阻塞導(dǎo)致二能級系統(tǒng)的現(xiàn)象。這個包含光子存儲的過程可以用來實現(xiàn)光開關(guān)和光子-光子門。此外,我們也對其他相關(guān)問題進行詳細(xì)地探究,例如單光子脈沖在不均勻相互作用下轉(zhuǎn)化的自旋波圖像、存儲光子過程中的絕熱和非絕熱條件帶來的影響,以及在不同情況下存儲和提取光子的最優(yōu)方案等。深入了解這個過程會對相關(guān)實驗提供有利的指導(dǎo),并為全光量子器件和非經(jīng)典光調(diào)控等方面工作的進一步研究打下良好基礎(chǔ)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O431.2

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