频率识别关联中的真空诱导相干与量子光源制备方案研究

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量子相干和量子光源均是实现量子技术的基石。辐射体内部能级中的非垂直跃迁结构会引起一种特殊相干性的出现,即真空诱导相干(VICs)。真空虽然通常会造成量子相干的破坏,但却是真空诱导相干性产生的原因。由于真空诱导相干在克服环境引起的退相干效应以及量子技术应用方面具有重要的潜力,因此,探索对其进行探测以及操控的方案是重要的研究课题。另一方面,作为物质的量子特性的主要来源,量子光源是量子信息和量子精密测量技术的重要组成部分。量子密钥分发的保密性依赖于单光子源,并且在线性光学量子计算方案中,高品质的单光子源的产生和操控也是其中的关键环节。超聚束光是另一种重要的量子光源,该光源可用于提升鬼成像的可识别度、探测光场与物质间的微弱相互作用以及制备纠缠光源等。所以,我们在本文主要的研究动机就是探索真空诱导相干的测量和操控方法,以及具有亚自然线宽甚至是超窄线宽的单光子源、超聚束光源的制备方案。具体来说,首先,以线偏振光驱动的J=1/2→J=1/2跃迁中的四能级系统作为辐射体,我们研究了辐射光场的频率识别关联性质。我们证明,在σ与π偏振的辐射光成分的交叉关联中,真空诱导相干起着重要的作用。真空诱导相干能够在不同偶极矩组合的双光子跃迁路径间引起明显的时序干涉效应,从而这种干涉效应可以作为一种探测真空诱导相干效应的方法。并且,基于这里的研究方案,我们证明通过调节外加磁场强度和滤波器频率,可以进行量子擦除的演示。在制备亚自然线宽单光子源时,频率滤波是一种经常采用的技术。然而最近的研究表明,荧光的完美单光子是一种包含了全部光谱成分的整体性质,从而部分成分的滤除可能会明显地破坏单光子性,使荧光退化成普通光源。这极大地限制了滤波方法在制备亚自然线宽单光子源方面的应用。我们通过研究发现,荧光单光子的线宽并不总是取决于辐射体的内禀线宽。我们提出了一种单光子源方案,该方案能够在确保荧光的完美单光子性的前提下,使荧光光子的全部频率成分集中在远远小于辐射体自然线宽的频率区域内,并且,通过控制外加相干场的强度可以方便地对单光子的线宽进行调节。在带宽等于甚至远小于辐射体自然线宽的滤波或者探测装置上,我们对荧光光子的探测响应进行了理论模拟,结果证实了超窄线宽的单光子源的实现。并且,根据真实的物理系统和实验条件,我们对这里提出的单光子源制备原理的可行性进行了论证。以一个特殊的Λ型三能级体系作为辐射体,我们研究了相干操控的电子搁置效应下的能级系统的辐射性质以及辐射场在滤波作用下的性质。在弱驱动条件下,我们发现能级系统可以等效为一个具有超窄线宽的能级系统。并且,等效能级系统的超窄线宽特性能够很好地表现在真实的自发辐射通道中。那么,该辐射通道除了能发射出具有超窄线宽的荧光单光子外,还能够在超窄的线宽尺度下,表现出类似于常规二能级系统在强驱动作用下才出现的Mollow三峰谱以及双光子谱型。因此,等效能级系统的超窄线宽性质在一阶、二阶光谱中均能被很好地体现。接着,我们研究了被激光场直接驱动的跃迁的辐射场在滤波作用下的性质。我们发现,滤波作用下的辐射场的零延时二阶自关联将达到几千以上的强度,这意味着显著的超聚束效应出现。并且,我们的研究表明,在相干操控的电子搁置效应下的能级系统中,这种超聚束效应能够普遍出现。我们在文中对该效应出现的起源进行了详细的分析,从而得知这是一种不同于之前研究的超聚束光产生机制。最后,我们对本文的研究内容进行总结,并且对相关以及进一步的研究问题提出展望。
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