【摘 要】
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相位和相干的特殊关系使得它们一直备受关注,两束光或者是两个光子由于满足相位匹配可以形成相干现象。本篇论文讨论的是单光子条件下相位引起相干现象,这类量子相干现象源于Harris提出的一个问题[1]“in what sense and howexactly does phase matching hold in the single photon limit?”, Scully等人在考虑这个问题时发现
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相位和相干的特殊关系使得它们一直备受关注,两束光或者是两个光子由于满足相位匹配可以形成相干现象。本篇论文讨论的是单光子条件下相位引起相干现象,这类量子相干现象源于Harris提出的一个问题[1]“in what sense and howexactly does phase matching hold in the single photon limit?”, Scully等人在考虑这个问题时发现一种在原子激发过程中产生的相位可以回答Harris的问题,这种相位被称之为激发相位。由激发相位引起的量子相干效应近年来成为了一个热门的研究方向,其特殊性在于激发相位引起的相干可以在单光子层面表现,即单个光子完成了相位匹配。在本篇论文中我们主要研究了激发相位在不同条件下对一个包括两个二能级原子的系统表现出的量子相干特性。本篇论文的研究内容分为三点:首先研究了双原子系统中激发相位对每个原子的动力学行为的影响;随后我们研究了腔QED系统中激发相位带来的量子相干效应;最后分析了激发相位和观测相位(不同观测位置引起的相位)对荧光谱线的影响。其具体内容如下:首先,我们从两个二能级原子系统入手分析了激发相位对每个原子的动力学行为的影响,在激发相位存在的情况下两个原子有可能表现出不一致的动力学行为,而这种现象在不考虑激发相位时是不存在的。我们发现这种现象是由偶极-偶极相互作用和激发相位的共同作用导致的,并且在偶极-偶极相互作用发生变化时会有不同现象产生。这是因为偶极-偶极相互作用可以引起两个原子间的激发态(光子)交换,而光子携带的相位信息被一同交换,因此在光子交换过程中会引入相对相位,最终激发相位导致量子相干的发生。激发相位引起量子相干的实质是:激发相位在两个原子间转移产生相对相位从而引入相干项。我们还研究了激发相位对原子和环境的纠缠的影响,从而可以解释激发相位对两原子纠缠的影响。接着,我们在讨论了单光子条件下腔QED系统中激发相位的作用。之所以在腔QED系统中去研究激发相位,是因为在自由空间中二原子系统在激发相位存在的情况下表现出来的相干现象需要借助偶极-偶极相互作用,即需要借助原子与真空场的耦合。由于真空场和原子的耦合比较小,所以由激发相位引起的相干项相对较小。如果该二原子系统放置于腔中,原子和腔模的耦合可以是强耦合,在这种情况下腔模将替代真空场进行激发相位的相干转移,由于腔模和原子的耦合可以远远大于真空场和原子的耦合,所以在腔QED系统中激发相位引起的量子相干可以更明显的表现出来。最后,我们借助非相干谱线研究了激发相位在二原子系统(两个二能级原子)引起的量子相干现象。我们发现非相干谱线在激发相位存在的情况下可以呈现出不对称的谱线,并且我们考虑了来自于观测角度的相位对谱线的影响。虽然不对称谱线的是由激发相位引起的,但是来自于观测过程中的相位会对谱线进行进一步的调制,所以最终的谱线是由这两个相位的共同作用。我们也注意到在激发相位存在时驱动场强度很小和很大时谱线的都呈现出较好的对称性,所以仅仅考虑真空场的行为不足以解释这个问题,我们还需要考虑到驱动场在这个系统演化起到的作用。在驱动场和偶极-偶极相互作用同时存在时系统中存在两种TimedDicke态。我们还进一步给出了相干项as随驱动场强度和入射角度变化的图像,发现相干项不仅会受到激发相位的影响也会受到驱动场的强度影响,这些结果可以很好的解释非相干谱线在不同条件下所具有的特征。
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