相位耗散腔中光場-原子體系的量子特性研究.pdf

1、本文在大失諧近似下得到了光場-原子相互作用系統(tǒng)的有效哈密頓量，通過求解相位耗散腔中系統(tǒng)主方程，獲得體系密度矩陣的精確解析解。依據(jù)量子態(tài)密度算符間距以及光場相位算符等概念，利用數(shù)值計(jì)算方法研究了相位耗散腔中多光子J-C模型的密度算符間距以及相位耗散腔中光場與兩個人型三能級原子在Raman相互作用下光場的相位分布等量子特性，著重探討了腔場的相位耗散對這些量子特性的影響。 首先，基于J-C模型的原子綴飾態(tài)方法，在大失諧近似下得到了多光

2、子J-C模型的有效哈密頓量，通過求解此有效模型滿足的相位耗散系統(tǒng)主方程，得到精確的解析解；計(jì)算了原子、光場以及系統(tǒng)的量子態(tài)密度算符間距，并討論了腔場的耗散強(qiáng)度、原子初始態(tài)以及光場初始強(qiáng)度對密度算符間距的影響，同時(shí)與單光子J-C模型中的密度算符間距做了比較。結(jié)果表明：(1)當(dāng)原子初始處于基態(tài)或激發(fā)態(tài)時(shí)，原子的密度算符間距為零，系統(tǒng)的密度算符間距和光場的密度算符間距相等。(2)在腔場不存在耗散時(shí)，光場-原子系統(tǒng)的密度算符間距大于原子或光場子

3、系統(tǒng)的密度算符間距。但如果考慮腔的相位耗散時(shí)，由于原子的密度算符間距不受腔場耗散的影響，所以只有系統(tǒng)密度算符間距大于光場的密度算符間距。(3)光場-原子系統(tǒng)以及光場子系統(tǒng)的密度算符間距與腔的相位耗散有關(guān)；原子系統(tǒng)的密度算符間距不受腔的耗散影響。當(dāng)原子初始處于疊加態(tài)|ψ(0)>=(|e>+|g>)/()2時(shí)，在單光子躍遷過程中原子周期性地回到初始純態(tài)，其振蕩周期為2π/λ；無論單光子還是多光子躍遷過程中光場的密度算符間距均呈減幅振蕩最終達(dá)

4、到穩(wěn)定值，而系統(tǒng)的密度算符間距開始為減幅振蕩經(jīng)一段時(shí)間后變?yōu)榈确芷谡袷?。即光場和系統(tǒng)只有在初始時(shí)處于純態(tài)，其他時(shí)刻均處于混合態(tài)。隨著腔場耗散系數(shù)的增大，系統(tǒng)密度算符間距達(dá)等幅振蕩和光場密度算符間距達(dá)穩(wěn)定值所需時(shí)間縮短。隨著光場平均光子數(shù)的增加，光場和系統(tǒng)偏離各自初始態(tài)的程度增大。(4)對于雙光子躍遷，當(dāng)腔場存在相位損耗時(shí)光場和系統(tǒng)的密度算符間距仍作減幅周期振蕩，原子仍周期性的回到純態(tài)。但由于光場與原子的糾纏和退糾纏速率加快，密度算符間

5、距在每個周期內(nèi)振蕩加劇。 其次，利用Pegg-Barnett相位理論研究了相位耗散腔中兩個∧型三能級原子與相干態(tài)光場在Raman相互作用下光場的相位分布特性，并討論了光場平均光子數(shù)和腔場耗散系數(shù)對光場相位分布概率以及相位漲落的影響。研究發(fā)現(xiàn)：光場的相位概率分布跟光場與原子之間的耦合強(qiáng)度以及腔場的耗散程度密切相關(guān)。當(dāng)腔場不存在耗散時(shí)，其作周期為π/λ的振蕩。在t=nπ/λ時(shí)刻，由于光場和原子之間是退糾纏的，此時(shí)光場的相位分布概率與

6、相干態(tài)光場的相位分布情況一致，即在極坐標(biāo)圖中相位分布概率在θ=0處成單葉型分布；而在任一演化周期之內(nèi)，相位分布概率會劈裂為多葉型對稱結(jié)構(gòu)。當(dāng)腔場存在耗散時(shí)，相位概率分布作周期為π/λ的減幅周期振蕩最終趨于穩(wěn)定值1/2π，這表明在腔場的耗散作用下，光場的相位特征最終完全消失變?yōu)殡S機(jī)分布。在光場相位分布的極坐標(biāo)圖中，這一特性表現(xiàn)為：腔場的相位耗散使得相位分布概率的葉型結(jié)構(gòu)向中心擴(kuò)散最終變?yōu)榘霃綖?/2π的圓形結(jié)構(gòu)。而且通過比較發(fā)現(xiàn)：耗散系數(shù)

7、越大，相位分布概率越快地從葉型結(jié)構(gòu)變?yōu)閳A形結(jié)構(gòu)。在其他參數(shù)不變的情況下，隨著光場的平均光子數(shù)增大，分布概率的葉型結(jié)構(gòu)的葉片幅值增大，但由于分布概率滿足歸一化關(guān)系，使得其葉片變窄；這表明在光場強(qiáng)度增大時(shí)，光場的相位分布趨于集中。進(jìn)一步研究光場的相位漲落發(fā)現(xiàn)，由于腔場的耗散作用，光場相位分布的漲落也做周期為π/λ的減幅周期振蕩最終趨于無規(guī)相位分布的漲落值π2/3，且相位漲落達(dá)穩(wěn)定值所需時(shí)間隨耗散系數(shù)的增大而縮短。 綜上所述，光場的量