相位耗散腔中光場(chǎng)-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(chǎng)-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(chǎng)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(chǎng)與兩個(gè)人型三能級(jí)原子在Raman相互作用下光場(chǎng)的相位分布等量子特性，著重探討了腔場(chǎng)的相位耗散對(duì)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(chǎng)以及系統(tǒng)的量子態(tài)密度算符間距，并討論了腔場(chǎng)的耗散強(qiáng)度、原子初始態(tài)以及光場(chǎng)初始強(qiáng)度對(duì)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(chǎng)的密度算符間距相等。(2)在腔場(chǎng)不存在耗散時(shí)，光場(chǎng)-原子系統(tǒng)的密度算符間距大于原子或光場(chǎng)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(chǎng)耗散的影響，所以只有系統(tǒng)密度算符間距大于光場(chǎng)的密度算符間距。(3)光場(chǎng)-原子系統(tǒng)以及光場(chǎng)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(chǎng)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?chǎng)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(chǎng)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(chǎng)密度算符間距達(dá)穩(wěn)定值所需時(shí)間縮短。隨著光場(chǎng)平均光子數(shù)的增加，光場(chǎng)和系統(tǒng)偏離各自初始態(tài)的程度增大。(4)對(duì)于雙光子躍遷，當(dāng)腔場(chǎng)存在相位損耗時(shí)光場(chǎng)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(chǎng)與原子的糾纏和退糾纏速率加快，密度算符間

5、距在每個(gè)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(gè)∧型三能級(jí)原子與相干態(tài)光場(chǎng)在Raman相互作用下光場(chǎng)的相位分布特性，并討論了光場(chǎng)平均光子數(shù)和腔場(chǎng)耗散系數(shù)對(duì)光場(chǎng)相位分布概率以及相位漲落的影響。研究發(fā)現(xiàn)：光場(chǎng)的相位概率分布跟光場(chǎng)與原子之間的耦合強(qiáng)度以及腔場(chǎng)的耗散程度密切相關(guān)。當(dāng)腔場(chǎng)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(chǎng)和原子之間是退糾纏的，此時(shí)光場(chǎng)的相位分布概率與

6、相干態(tài)光場(chǎng)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(huì)劈裂為多葉型對(duì)稱結(jié)構(gòu)。當(dāng)腔場(chǎng)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(chǎng)的耗散作用下，光場(chǎng)的相位特征最終完全消失變?yōu)殡S機(jī)分布。在光場(chǎng)相位分布的極坐標(biāo)圖中，這一特性表現(xiàn)為：腔場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度增大時(shí)，光場(chǎng)的相位分布趨于集中。進(jìn)一步研究光場(chǎng)的相位漲落發(fā)現(xiàn)，由于腔場(chǎng)的耗散作用，光場(chǎng)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(chǎng)的量