【摘要】：量子點是適用于用量子力學(xué)原理來研究的足夠小的人造微結(jié)構(gòu)體系。由于量子點的大小、形狀、耦合強(qiáng)度以及其中電子的數(shù)目都能受實驗調(diào)控,故容易測量其傳輸性質(zhì),因而具有廣泛的應(yīng)用前景。將半導(dǎo)體量子點嵌在微腔中能夠形成新的腔量子電動力學(xué)系統(tǒng)。近年來,由于半導(dǎo)體腔量子電動力學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與制造工藝都取得的巨大進(jìn)步,腔量子電動力學(xué)系統(tǒng)在量子信息處理等領(lǐng)域引起了人們的廣泛關(guān)注。將發(fā)射器嵌在固態(tài)體系中時,固態(tài)腔量子電動力學(xué)系統(tǒng)會不可避免地與環(huán)境發(fā)生相互作用。聲子庫作為低頻熱庫與腔量子電動力學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生耦合作用時,會導(dǎo)致系統(tǒng)的輻射性質(zhì)發(fā)生改變而產(chǎn)生新奇的物理現(xiàn)象。包括受聲子調(diào)控的拉比震蕩衰、量子點共振熒光譜的線寬依賴于驅(qū)動光強(qiáng)以及在二能級量子點體系裸態(tài)中產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)布居反轉(zhuǎn)等。在本文中,我們研究了聲子庫環(huán)境對量子點-腔量子電動力學(xué)系統(tǒng)的影響。聲子庫與不同系統(tǒng)的相互作用能產(chǎn)生光子阻塞,量子干涉以及共振熒光譜壓縮等一系列非經(jīng)典現(xiàn)象。首先,我們研究了聲子庫對一個同時受兩束激光場驅(qū)動的量子點-腔系統(tǒng)中光子阻塞效應(yīng)的影響。通過調(diào)節(jié)兩個驅(qū)動場的強(qiáng)度與相位差,我們找到了系統(tǒng)實現(xiàn)光子阻塞的最優(yōu)化條件,并討論了反映光場量子統(tǒng)計性質(zhì)的二階關(guān)聯(lián)函數(shù)和平均光子數(shù)。當(dāng)不考慮聲子庫參與作用時,在受驅(qū)動量子點-腔系統(tǒng)形成的修飾態(tài)中由于不同躍遷通道之間發(fā)生的相消干涉,量子點-腔系統(tǒng)能夠在中等耦合強(qiáng)度范圍內(nèi)實現(xiàn)很強(qiáng)的光子阻塞效應(yīng)。當(dāng)考慮聲子庫參與作用時,在量子點-腔系統(tǒng)修飾態(tài)中會產(chǎn)生新的躍遷通道,其效果體現(xiàn)為對之前形成的相消干涉起到破壞作用。因此,當(dāng)考慮聲子庫與量子點-腔系統(tǒng)的電-聲耦合作用時,系統(tǒng)的光子阻塞效應(yīng)會受到抑制。我們同時發(fā)現(xiàn),考慮聲子庫的溫度效應(yīng)同樣也不利于系統(tǒng)產(chǎn)生光子阻塞效應(yīng)。其次,我們揭示了一個在雙色激光場的共同作用下與量子點相耦合的聲子庫如何形成一個等效量子壓縮真空庫,且該等效庫能夠?qū)崿F(xiàn)任意程度的壓縮。當(dāng)雙色場拉比頻率取不同值時,等效庫可以形成正常或者反轉(zhuǎn)諧振子形式的量子壓縮場。當(dāng)雙色場兩個分量取相同拉比頻率時,等效庫表現(xiàn)為一個理想壓縮庫且量子點偶極矩的一個極化分量的衰減會受到抑制,量子點衰變到穩(wěn)態(tài)的過程也依賴于系統(tǒng)初始時刻的相干性。此外,我們還具體討論了系統(tǒng)初始時刻相干性對穩(wěn)態(tài)下修飾態(tài)的布居分布及熒光譜的影響。在共振激發(fā)條件下,系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)修飾態(tài)布居的完全極化并得到由單個拉比邊峰組成的非對稱熒光譜。最后,我們討論了聲子庫對受雙色場驅(qū)動的二能級量子點系統(tǒng)輻射性質(zhì)的影響。通過推導(dǎo)系統(tǒng)主方程發(fā)現(xiàn),在固態(tài)聲子庫環(huán)境中,系統(tǒng)動力學(xué)演化特征與受寬頻帶壓縮真空庫阻尼的二能級原子系統(tǒng)的演化特性相似。通過調(diào)節(jié)聲子庫誘導(dǎo)衰變率的相對強(qiáng)度能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的布居反轉(zhuǎn)。由電-聲相互作用引起的聲子調(diào)控過程能導(dǎo)致弱的探測光被量子點系統(tǒng)吸收或者放大。此外,我們還研究了量子點系統(tǒng)共振熒光的同相正交壓縮譜。
[Abstract]:Quantum dots are small enough artificial microstructures for quantum mechanics. Because the size, shape, coupling strength and the number of electrons in the quantum dots can be controlled experimentally, it is easy to measure their transmission properties and therefore has a broad application prospect. Cavity quantum electrodynamics system. In recent years, the design and fabrication of semiconductor cavity quantum electrodynamics system have made great progress. Cavity quantum electrodynamics system has attracted wide attention in the field of quantum information processing. When the emitter is embedded in solid state system, solid state cavity quantum electrodynamics system will be indispensable. When the phonon library acts as a low-frequency heat reservoir coupled with the cavity quantum electrodynamics system, the radiation properties of the system will be changed and novel physical phenomena will occur. In this paper, we study the influence of phonon library environment on quantum dot-cavity quantum electrodynamics system. The interaction between phonon library and different systems can produce a series of non-classical phenomena, such as photon blocking, quantum interference and resonance fluorescence spectrum compression. The phonon library affects the photon blocking effect in a quantum dot-cavity system driven by two laser fields at the same time. By adjusting the intensity and phase difference of the two driving fields, we find the optimum conditions for the system to realize the photon blocking, and discuss the second-order correlation function and the average photon number reflecting the quantum statistical properties of the light field. Considering the interaction of phonon libraries, the quantum dot-cavity system can achieve a strong photon blocking effect in the moderate coupling strength range due to the cancellation interference between different transition channels in the modified state formed by the driven quantum dot-cavity system. When the interaction of phonon libraries is considered, the modified state of the quantum dot-cavity system will be generated. Therefore, the photon blocking effect is suppressed when the electro-acoustic coupling between the phonon library and the quantum dot-cavity system is considered. Secondly, we reveal how a phonon library coupled to a quantum dot under the combined action of a two-color laser field can form an equivalent quantum squeezing vacuum library, which can achieve arbitrary degree of compression. When the Rabi frequency of a two-color field is different, the equivalent library can form a normal or inverted quantum pressure in the form of a harmonic oscillator. When two components of a two-color field have the same Rabi frequency, the equivalent library is an ideal compression library and the attenuation of one polarization component of the dipole moment of a quantum dot is suppressed. The decay to steady state of a quantum dot also depends on the coherence of the initial time of the system. The effect of the phonon library on the radiation properties of the two-level quantum dot system driven by a two-color field is discussed. The master equation of the system shows that the dynamical evolution of the system is similar to that of a two-level atomic system damped by a wide-band squeezed vacuum Library in a solid-state phonon library. The weak probe light is absorbed or amplified by the quantum dot system. In addition, the in-phase orthogonal compression spectra of resonance fluorescence in the quantum dot system are studied.
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O471.1;O413.2

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本文編號：2197775