具有手征特性的光--原子耦合体系中量子性质的研究

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近来,具有手征性光-物质耦合作用体系量子特性的研究引起了研究者们的广泛关注。这是因为:(1)该研究可以加深人们对光-物质相互作用的理解。(2)可以通过手征性耦合来调控分子或者原子。(3)构建具有手征性的的开放性量子网络。基于此基础,文章研究了具有手征性原子-光物质耦合体系的量子特性。  首先,我们研究了一个含有简并参量下转换的光腔和一个二能级原子构成的杂合系统,且二者均与一个共同的一维光子波导发生单向性耦合。将一维光子波导中的光子模式视为白噪声热库,当腔-原子系统与波导发生弱耦合相互作用时,利用波恩-马尔科夫近似可以得到腔-原子体系满足的主方程。当激光驱动场非常微弱时,可以将光子的Fock态截断在有限的希尔伯特空间,并由此得到了系统演化到退相干-自由子空间的条件,同时,也给出了产生暗态的条件,并且发现系统通过两个不同的路径可以退化到一个纯的暗态。之后利用数值计算求解主方程,获得了与解析解一致的结果。  其次,我们讨论了具有手征性耦合的腔-原子体系中原子的荧光光谱性质。考虑由激光驱动非简并的三能级级联型原子与双模光腔体系,光腔包含一个非简并下转换(NOPO),且原子与腔通过一维光波导形成单向耦合(即腔光子通过波导可以被原子吸收,而反之非亦然)。我们先利用数值计算研究了原子荧光光谱的特性。结果表明,从中间态到低能态跃迁过程的发射谱会出现中心凹陷的非自然线形。这是不同的自发辐射通道导致的量子干涉效应所导致的现象。同样我们在态空间截断的条件下给出了非相干荧光谱的解析表达式,同时也给出了能够使谱线中心值取零时参数所满足的条件。  最后,我们还提出了利用具有单向耦合性的腔-原子系统实现机械振子基态冷却的新方案。在方案中,我们考虑将单向耦合的腔和原子视为一个冷却系统,通过与振子间的相互作用吸收和发射声子。我们发现,在原子与激光场频率的失谐量远大于原子衰减率(△a(》)κ)的条件下,粒子布居数绝大多数分布在单光子态和双光子态的低能级,这意味着占主要跃迁过程的是从低能态跃迁至高能态并吸收声子的过程,从而实现对机械振子的近基态的冷却。并且在此条件下,最佳冷却发生在机械振子频率等于原子与激光场失谐量(ωm=△a)处,这说明通过调节驱动场的频率来调节冷却,这是非常方便可行的。最后我们给出了加热冷却系数的解析表达式,并解释了冷却机制。
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