受驱动光力系统中的光子阻塞效应的研究

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单光子源的制备与操控是量子信息和量子通信领域里至关重要的一环,它之所以吸引着广大研究者的目光,是由于单光子源在理论、实验研究和实用化等方面都具有着重大意义。近几年来,随着腔光力系统在理论和实验上的快速发展,为我们提供了新的途径去研究量子现象和光学效应,特别是在非线性效应方面帮助我们通过光子阻塞机制来实现单光子源。  在本文中,我们在腔光力系统中研究了如何制备单光子源。为了得到明显的光子阻塞效应,考虑同时驱动处于低温条件下的腔光力系统中的谐振腔与机械振子。通过将腔场和机械振子的Fock态空间进行适当地截断,并对系统进行旋波近似,得到腔内光子和声子的主方程。利用薛定谔方程近似解析的方法计算光子的二阶关联函数,分析了腔内光子的统计特性。我们的研究结果表明:当光力系统接近单光子强耦合时,由于腔场与机械振子系统的本征能量与光子数有关,能级间隔不均匀,导致系统吸收一个光子之后,腔内光子会阻止后面的光子共振地进入腔内,通过腔场的透射光会表现出明显的光子反聚束效应。与外加弱激光场只驱动腔场的光力系统相比,我们所考虑的系统中光子阻塞效应更加突出,说明外加激光场驱动机械振子对实现光子阻塞是一种优化方案。在弱光力耦合的情况下,系统仍会表现出非常强的光子反聚束效应,这是由于弱耦合相互作用以及系统跃迁至双光子态的两条路径之间的量子相消干涉引起的。  另外,在这种非常规光子阻塞机制中,我们通过近似解析的方法求出了发生理想光子阻塞效应所对应的参数的最优条件,利用该条件我们可以调节相位差φ、失谐量△等物理量使腔场的二阶关联函数趋于零。通过控制这些在实验中易于调节的参数,最终可达到制备一个可调节的单光子源的目的。
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