微腔与腔量子电动力学研究进展

光学微腔中原子之自发辐射与自由空间中原子的自发辐射有着重要的不同。微腔能够控制腔内原子的自发辐射，使自发辐射得到抑制或增强，并有可能使自发辐射成为一个可逆过程。由此发展起来的腔量子电动力学能够阐述腔场与原子的相互作用。本文简要介绍了这一研究领域的背景和进展，同时介绍了微腔的重要应用一无阈值激光器。     

Nd玻璃微球腔的QED效应

根据量子电动力学的观点,原子的自发辐射性质可以由真空场的边界条件来强烈地改变。当原子处于光腔内时,它在腔内的自发辐射速率既可以被增强又可以被抑制。这种原子与场相互作用的结果被称为腔的QED效应。腔的QED效应引起的自发辐射速率的改变将导致激光介质发光性质的变化。     

合作辐射的唯象理论

超辐射(SR)、超荧光(SF)的出现,说明原子系统两特定能级之间存在着与普通自发辐射不同的合作自发辐射过程。 本文首先假定,作为更一般的考虑,处于能级E:上的原子N_2中,或者由于激发(相干或部分相干激发)的结果,或者由于普通自发辐射诱导的结果,总是或多或少地会使部分原子相互耦合在一起。因     

玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)中的辐射修正

在最近几年随着对玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）研究的迅速发展，关于BEC各种性质，尤其是其光学性质的研究引起了人们的关注。现已有大量的报道．本文将讨论BEC中的自发辐射和兰姆位移修正。我们知道，原子被激发后，会自发辐射跃迁到较低的能级，同时发射出光子。如果在共振频率的光模场中已有N个光子存在，由于光场和原子的相互作用，原子则会受激辐射，受激辐射速率为自发辐射速率的N倍。在基态存在N个简并的原子时是否可以产生原子辐射的类似受激过程呢？结论是肯定的。总的辐射速率为自发辐射速率与受激过程速率的和，即，其中，ν为…     

原子的质心运动对腔中原子自发辐射及原子—光场间动量交换的影响

本文利用推广的Ｊ－Ｃ模型，研究了腔中原子的质心运动对原子自发辐射谱及原子－光场间动量交换的影响，研究结果表明：如果原子具有确定的质心动量，则在环形腔中，原子的质心动量改变原子自发辐射谱的间距，而在驻波腔中，自发辐射谱变成了多峰结构，如果原子的质心动量分布是高斯型的，则原子的质心运动抑制原子的自发辐射，并且该情况下环形腔中的原子自发辐射谱是不对称的，另一方面，原子的质心运动影响它与光场间的动量交换。     

腔QED中cluster相干态的产生

提出一个在腔QED中产生cluster-型纠缠相干态的方案.基于三能级A型原子和双模腔场之间的大失谐相互作用,原子的自发辐射可以忽略.此外,腔场的初态是真空态.在这个方案中,对原子进行测量后,能够产生腔场cluster-型纠缠相干态,并讨论了实验的可行性.     

腔QED中cluste相干态的产生

提出一个在腔QED中产生cluster-type的纠缠相干态的方案。基于三能级Λ型原子和双模腔场之间的大失谐相互作用下,原子的自发辐射可以被忽略。此外,腔场的初态是真空态。在这个方案中,对原子进行测量后,能够产生腔场的cluster型的纠缠相干态,并讨论了实验的可行性。     

共振光压作用下钠原子束的偏转

本文报导了钠原子束在共振光压作用下的偏转实验及对实验结果的初步分析。 这个实验的特点是利用两块平面镜间来回反射的激光束所形成的多个光场与通过平面镜间的原子束相互作用,使原子束产生偏转。我们使平面镜与原子束成11°角,而入射光与原子束垂直,这时反射光束与原子束成68°夹角。若将激光频率调谐在钠原子的D_2线共振频率上(λ_L=5890(?)),则垂直光束与钠原子共振,而反射光束由于多普勒频移,激光频率对于钠原子束的共振频率低300兆赫,因此反射光束不与原子束相互作用。在垂直光束的作用下,原子吸收光子在光的传播方向获得光子动量,而自发辐射各向同性,因而光子反冲动量平均为0。因     

双势阱中原子质心运动对自发辐射的抑制

研究了一个囚禁于对称双势阱中的二能级原子与单模腔场的相互作用.通过求解薛定谔方程,给出了整个系统波函数解析解和原子能级粒子数反转的解析表达式.分析了当腔场初始态分别为粒子数态、相干态以及热态时原子粒子数反转随时间的演化情况,并考虑了原子质心运动对粒子数反转的影响.结果表明通过选择合适的腔场初始态、势阱位置及相关因素,可以有效地控制原子的自发辐射率.     

原子物质波干涉(续篇)

原子与驻波场相互作用时吸收一个光子并受激辐射一个光子,从而得到2hk的动量。这样,原子将偏转一个角度φ=λ_(dB)/d_(light)。这一过程只改变原子的动量而不改变其能量。可见可以通过光驻波场来改变原子的运动,实现原子的折射、衍射、聚焦等。原子被驻波的折射早已被观察,如Na原子束被共振驻波的折射及被不均匀的激光场的选择性反射。最近还观察到He原子被一个大周期的驻波场的聚焦,有望作为高分     

三光场共振辐射压力

理论计算表明,在弱驻波场情况下,对一个二能级原子,其冷却极限温度T_(min)=hΓ/k_b。其中,Γ是原子激发态的自发辐射率的一半,k_b为玻耳兹曼常数。但在实际的粘团实验中,使用三对相互垂直的驻波场相交于一点与原子相互作用,原子在该粘团中得到冷却,直至极限温度。显然该极限温度不能简单地用驻波场得到结果。我们认为有必要研究二能级原子在多于二个光场中的运动情况,然而在实验中已经发现在光学粘胶中的冷却极     

Nd玻璃微球中观察到谐振腔的量子电动力学效应

谐振腔的量子电动力学效应(cavity QED)是目前国际上迅速发展起来的前沿研究领域。原子的自发辐射是由于它与真空场相互作用产生的,当激发原子处于谐振腔内时,由于谐振腔从根本上改变了腔内真空场的性质,因而可以改变原子的自发辐射性质,使其跃迁几率获得增强或受到抑制,这就是所谓的Cavity QED效应。 为了使原子的自发辐射获得有效的增强或抑制,要求:①采用微型谐振腔(即腔的尺寸与光波长同量级)并具确很高的腔模简并度。②谐振腔应具有高的Q值。直径为微米量级的球型谐振腔具备这两个条件。1990年5月,美国NRL研究小组观察到了微球染料(R6G)液滴具有明显的Cavity,QED增强效应,并观     

腔场与双原子相互作用的压缩效应

本文应用迭加态方法研究了单、双模腔场与两个二能级原子的相互作用,利用相互作用表象中的薛定谔方程求解了相应的运动方程,并得出在两种情况下自发辐射的压缩的最佳值。     

爱因斯坦A系数不是常参数

爱因斯坦引入A系数和B系数描述原子(或离子)的跃迁过程时,认为它们只与原子结构及跃迁能级有关,而与外界因素无关。近来Aumayr等人发现Ar~+激光场会使A系数产生改变。但是在他们的实验中可能存在的自吸收会影响结果的可靠性。我们改进了实验方法,采用准旁侧光谱法及空间滤波技术基本上消除了上述影响。 原子从同一上能级E向不同下能级E_i跃迁产生的自发辐射谱线强度为:     

开放V型系统中自发辐射诱导相干的影响

利用开放的V型三能级原子系统密度矩阵运动方程的数值解,从不同角度研究了原子自发辐射诱导相干(SGC)对系统吸收和色散的影响。研究发现,这种相干性可导致无粒子数反转激光(LWI)、电磁感应透明(EIT)和无吸收高色散。研究还表明,这种相干性越强,获得最大无反转增益所需的驱动场Rabi频率的值越大而所需的非相干泵浦速率R的值越小;随着原子退出速率的增大,无反转增益逐渐减小并最终转变为吸收,而且增益减小的速度随这种相干性的增强而加快。     

在原子-腔-光纤系统中制备N个腔模的W态

提出一个在原子-腔-光纤系统中制备最大纠缠的W态方案,要求原子与腔之间的耦合常数要比拉比频率小的多。通过暗态绝热演化方法,使原子的自发辐射和光模损耗得到有效的抑制。因此我们一些参数的涨落对此方案的影响比较小。该方案操作比较简便,只要调节原子与腔场之间的耦合系数就能得到W态。此系统构成量子网络的一部分。     

正交场→／E0×→／B0飘移电子的自发辐射

根据经典的单粒子运动方程和加速电子产生辐射的规律,计算得到了静态均匀正交场E0×B0飘移电子时产生自发辐射的谱函数．结果对具有任意速度量值的电子均适用．作为特殊情况,讨论了非相对论(γ0=1)和强相对论(γ0》1)电子注入时自发辐射情况．     

正交场E0×B0飘移电子的自发辐射

根据经典的单粒子运动方程和加速电子产生辐射的规律,计算得到了静态均匀正交场 E0×B0飘移电子时产生自发辐射的谱函数．结果对具有任意速度量值的电子均适用．作为特殊 情况,讨论了非相对论(γ0=1)和强相对论(γ0》1)电子注入时自发辐射情况．     

金属微纳结构操控单光子发射体辐射

固态单光子发射体结合了原子优异的光学性质(如高可靠性、高效率等)和固态系统的便利性与可扩展性,在可扩展光量子信息技术中扮演着重要角色。然而,真空中固态单光子发射体所发出的单光子具有自发辐射速率低、各向同性发射、发射光的偏振状态随机等不足,这极大地限制了其应用。金属微纳结构支持的表面等离激元具有巨大的场增强和亚波长的场束缚效应,因此国内外研究者设计了各种各样的金属微纳结构来操控单光子发射体的辐射。本研究综述了金属微纳结构在单光子发射体自发辐射增强、准直辐射、辐射偏振操控等方面的研究进展,重点比较了性能指标并分析了操控机制。最后,对金属微纳结构操控单光子发射体辐射的挑战和发展进行了展望。     

在双模腔QED系统中用原子-腔共振相互作用实现三量子比特Toffoli门

提出了一种在腔QED系统中用一个五能级原子通过原子-腔共振相互作用实现三量子比特Toffoli 门的方案。在提出的方案当中,两个量子化的腔模充当控制比特,而原子的两个低能态构成目标比特。数值结果表明,当同时考虑原子高能态的自发辐射和腔模的衰减对量子门的保真度的影响时,腔场的衰减是主要的噪声来源。讨论了原子-光场耦合常数的偏差对三量子比特Toffoli 门保真度的影响以及方案在实验上的可行性。