本文關鍵詞：里德堡原子系綜的量子相干與應用

  更多相關文章： 里德堡原子系綜 超級原子(SA) 偶極阻塞 交叉相互作用 合作光學非線性 電磁感應光柵(EIG)

【摘要】：隨著量子信息與冷原子技術的不斷發(fā)展，人們在尋求量子比特有效載體的過程中，圍繞里德堡原子發(fā)現(xiàn)了諸多奇特性質(zhì)。長程偶極-偶極相互作用、超長的能級壽命使得里德堡（Rydberg）原子少體系統(tǒng)在量子糾纏、量子邏輯門、量子控制等方面的研究中十分地活躍，也使之成為目前研究的熱點。另一方面，將電磁感應透明技術與里德堡原子系綜結合起來，利用偶極阻塞效應實現(xiàn)以單光子源、單光子晶體管等為代表的全光量子器件的研究，也成為人們關注的焦點。在本文中，我們主要研究里德堡原子系綜中的量子相干效應及其應用。 首先，為精確計算里德堡原子系綜的穩(wěn)態(tài)光學響應，針對超級原子模型理論（SA）的缺陷與不足，我們給出了超級原子模型理論的改進方案，即精確的超級原子模型。通過對比兩種模型的計算結果，我們發(fā)現(xiàn)精確的理論模型大大拓展了原有模型的適用范圍。由于突破了弱場近似的限制，并且將高階集體態(tài)考慮進來，在一些單光子過程較為顯著的情形下，改進后的模型的計算結果更加符合實際的物理過程，這使得超級原子模型理論更加完備。在較強的探測強度、較大的頻率失諧以及較大的原子密度的情況下，精確的模型均給出了完美契合實驗結果的理論預期。此項工作為研究非線性Rydberg-EIT現(xiàn)象提供了一種更可靠的理論方法，并為我們之后的工作打下了堅實的基礎。 其次，以單Rydberg態(tài)偶極阻塞效應為基礎，我們研究了具有兩個不同Rydberg態(tài)的原子系統(tǒng)中由不同Rydberg態(tài)間交叉偶極-偶極作用導致的雙阻塞效應對系統(tǒng)光學響應以及光子統(tǒng)計分布的影響。探測光的透射性質(zhì)隨探測強度的變化表現(xiàn)出非線性的行為，而它的光子關聯(lián)性質(zhì)則隨著共振位置的改變表現(xiàn)出單Rydberg阻塞和雙Rydberg阻塞的切換。這個工作對于Rydberg-EIT的研究是個突破，，相信關聯(lián)函數(shù)調(diào)制的結果對于進一步探索單光子間有效的相互作用，以及光子對在量子信息網(wǎng)絡中獲得確定的光子器件等研究有重要的應用價值。 最后，我們利用偶極阻塞效應，并結合駐波耦合電磁感應透明（EIT）介質(zhì)，實現(xiàn)了一種全新的合作非線性光柵的理論方案。在這個光柵系統(tǒng)中，我們利用了正常的合作非線性EIT與反常非線性EIT影響光柵的調(diào)制。反常非線性EIT的透射率與雙光子關聯(lián)行為和正常非線性完全相反，隨著入射探測強度的增大，透射率不斷增加并且伴隨顯著的反聚束光子效應（亞泊松分布）。由此我們發(fā)現(xiàn)，新的光柵對于探測場的初始性質(zhì)（如探測強度、光子統(tǒng)計規(guī)律等）極其敏感，即光柵各級次的衍射效率依賴于這些初始性質(zhì)。這使得入射場強度以及初始探測場的雙光子關聯(lián)可以作為新的光柵操控自由度。此外，引入新的自由度，并未犧牲光柵的衍射能力。這個結果是對合作光學非線性的重要應用，也有助于包括全光量子器件、量子信息網(wǎng)絡、非經(jīng)典光的控制等方面的進一步研究。
【關鍵詞】：里德堡原子系綜 超級原子(SA) 偶極阻塞 交叉相互作用 合作光學非線性 電磁感應光柵(EIG)
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O431.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 Rydberg 原子相關的量子信息技術發(fā)展11-15
• 1.2 Rydberg 原子相關的電磁感應透明技術（Rydberg-EIT）15-17
• 1.3 論文結構及主要內(nèi)容17-20
• 第2章 與論文相關的研究背景及近況20-42
• 2.1 Rydberg 原子簡介20-24
• 2.1.1 基本性質(zhì)20-21
• 2.1.2 偶極阻塞效應21-24
• 2.2 單 Rydberg 態(tài)原子系綜穩(wěn)態(tài)光學響應24-33
• 2.2.1 超級原子模型26-31
• 2.2.2 正常與反常合作非線性效應31-33
• 2.3 雙 Rydberg 態(tài)原子系統(tǒng)33-37
• 2.3.1 自相互作用33-35
• 2.3.2 交換相互作用35-37
• 2.4 電磁誘導光柵37-42
• 2.4.1 Lambda 型復合光柵38-41
• 2.4.2 N 型相位光柵41-42
• 第3章 超越弱場近似的 Rydberg 原子電磁感應透明42-57
• 3.1 引言42-44
• 3.2 理論模型與主要公式44-49
• 3.3 結果與討論49-56
• 3.4 本章小結56-57
• 第4章 基于雙 Rydberg 態(tài)的非線性電磁感應透明57-73
• 4.1 引言57-58
• 4.2 理論模型與主要公式58-64
• 4.3 結果與討論64-72
• 4.3.1 自相互作用65-69
• 4.3.2 交叉相互作用69-72
• 4.4 本章小結72-73
• 第5章 基于 Rydberg 偶極阻塞效應的合作非線性光柵73-87
• 5.1 引言73-74
• 5.2 理論模型與主要公式74-81
• 5.3 結果與討論81-86
• 5.4 本章小結86-87
• 總結與展望87-90
• 參考文獻90-103
• 在學期間的科研成果103-105
• 致謝105-107

【共引文獻】

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本文編號：781869