腔电磁诱导透明系统中纠缠和压缩特性的研究

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电磁诱导透明(ElectromagneticallyInducedTransparency,简称EIT)。是利用光对原子诱导的相干效应所产生的一种独特的物理现象。一般情况下,当一束探测光与原子相互作用的时候,探测光将会被原子所吸收,并表现出很大的色散。如果在这个相互作用过程中再加入一束强的耦合光,调节耦合光的强度,可以使探测光在共振频率范围内吸收减弱甚至不会吸收,即透明,这种现象被人们称为电磁诱导透明。自从1991年Harris小组在斯坦福大学利用脉冲激光与三能级(∧)型Sr原子系统相互作用在实验上观察到电磁诱导透明现象以后,人们对于EIT展开了广泛的研究。将原子系统推广到腔系统中,将单光子透明推广到双光子或则多光子透明,将单重透明推广到双重或则多重透明。这些在多通道光通信和量子通讯中有着广泛的应用。另一方面,光场经过EIT介质之后一些量子特性(譬如纠缠和压缩)将会发生改变,这样将获得理想的纠缠和压缩应用于量子计算和量子通讯中将有着重要的意义。本论文的结构及内容安排如下:   第一章,简单介绍电磁诱导透明(EIT)的基本概念、相关应用以及研究进展。   第二章,回顾了腔QED的一些基本理论,包括基本的J-C模型和腔的输入输出理论。并利用全量子理论介绍了二能级原子和腔模之间的相互作用。   第三章,介绍了量子光学非经典特性中的纠缠和压缩的基本理论,包括定义、分类、以及纠缠和压缩的联系。   第四章,采用一束相干外场作用在倒Y模型原子的基态与另外状态构成的跃迁上,实现对单光子和双光子电磁诱导透明谱的调制。经研究发现相干外场对单光子和双光子的吸收性质有着类似的影响效果。由于相干外场的作用,单光子和双光子吸收谱在共振点附近出现吸收峰,并将原来的单重透明谱分裂为双重透明谱。而且诱导的吸收峰的高度和透明谱的频谱宽度与相干外场的强度有着密切的关系。本章用缀饰态理论解释了这些物理现象。这些研究对多通道光通信以及在原子光学性质的调控方面有着积极的意义。   在第五章中,我们研究四能级原子与两个正交腔模及两个经典光场的相互作用。在大失谐情况下将原子系统的高能级进行绝热地消除,定义两个正交算符将输出压缩谱和纠缠谱等效起来。共同分析光场的相对相位、腔的衰变系数、以及耦合系数对纠缠谱和输出压缩谱的影响,并发现腔的耗散率决定压缩谱和纠缠谱的频谱宽度,相对相位决定了压缩与纠缠的最大值,而有效耦合强度对频谱的宽度和深度都有影响。这样通过适当的调节两个经典场之间的相对相位、腔的耗散率和有效耦合强度,将可以得到理想的纠缠和压缩,这些研究在量子信息和量子通讯中有着潜在应用。
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