拉曼增益介質中關聯(lián)光子的產生及量子噪聲特性.pdf

1、受激拉曼現(xiàn)象是光與物質相互作用過程中所表現(xiàn)出來的一種非線性效應。利用該非線性效應產生關聯(lián)的光子是近年來量子光學和量子信息科學交叉領域的前沿研究課題之一。本文以量子力學及受激拉曼過程的實驗和理論研究為基礎,建立了雙∧-型四能級原子系統(tǒng)和∧-型三能級原子系統(tǒng)與光場耦合的量子光學模型。通過求解相應的Langevin-Heisenberg運動方程,研究了用受激拉曼增益系統(tǒng)產生關聯(lián)的(2+1)光子源,以及受激拉曼增益系統(tǒng)的量子噪聲特性,得到了一些

2、有價值的理論研究成果。 第一章簡述了拉曼增益系統(tǒng)、非經典的雙光子光源、量子噪聲三個方面的知識,介紹了受激拉曼系統(tǒng)的基礎知識和性質,目前實驗和理論上實現(xiàn)非經典的雙光子光源的方案及研究進展,量子噪聲的起源、分類、處理方法以及性質。 第二章我們提出了一個在雙∧-型的四能級原子介質中利用受激拉曼和四波混頻過程產生(2+1)光子源的方案(所謂的(2+1)光子源,就是其中的光子“1”一旦用作為觸發(fā)開關,將會產生一個關聯(lián)或糾纏的光子對

3、(也就是“2”))。在該方案中,一旦一個單光子被注入到四能級原子系綜,通過低增益的受激拉曼過程立即產生一個與注入的光子同方向的光子(這樣會得到兩個光子,其中一個光子就是“1”用作觸發(fā)開關),同時另一個通道利用四波混頻過程產生“2”中的另一個光子,這樣我們就可以得到關聯(lián)的(2+1)光子對。這種關聯(lián)的(2+1)光子對比利用參量下轉換和基于EIT過程產生的光子對有一定的優(yōu)點,比如產生光子對的方向性比較好,同時我們可以用量子探測場中的一個光子做

4、聯(lián)合計數(shù),剩下的光子對可以用于其他的實驗。 本論文的另一重要內容是量子化光場的噪聲特性。 第三章主要研究的是∧-型三能級受激拉曼系統(tǒng)中,原子系綜與相干控制場以及量子探測場相互作用時,受激拉曼系統(tǒng)中的響應函數(shù)、響應時間以及受激散射的量子化光場噪聲特性。我們數(shù)值計算了引入具有壓縮特性的量子光場,散射后量子光場的噪聲特性。發(fā)現(xiàn)隨著Rabi振蕩頻率的降低噪聲也隨著降低,在一定的情形下真空漲落導致的噪聲可以通過調節(jié)參數(shù)壓制的很低。