光子晶體中單原子激光的量子性質.pdf

1、單原子激光，即單個原子或單個量子點與高品質因子的光學微腔的量子場相互作用的系統(tǒng)，是研究新穎的量子電動力學效應的一個重要的工具。自單原子微波激光器首次在實驗上被實現(xiàn)后，對單原子的激光操控一直是激光理論領域的一個重要課題。目前，人們主要集中對單原子激光的量子理論的研究，以及它們在光子學、納米技術和量子信息技術中的實際應用。 本文首先研究了放置在光子帶隙材料中單原子修飾態(tài)激光體系的統(tǒng)計性質。我們證明在原子的修飾態(tài)之間實現(xiàn)完全無閾值的激

2、光是可能的。通過分析腔場的Mandel's Q參數(shù)來區(qū)分激光的閾值行為，研究發(fā)現(xiàn)其閾值行為取決于激光躍遷中是否存在自發(fā)輻射。當激光躍遷中自發(fā)輻射存在時，腔場的平均光子數(shù)所呈現(xiàn)的閾值行為表明系統(tǒng)可以作為普通的激光來操控。而當激光躍遷中自發(fā)輻射被禁止時，在所有的抽運值下，對系統(tǒng)進行觀測均是無閾值，它說明系統(tǒng)實現(xiàn)了無閾值激光。而且我們還發(fā)現(xiàn)在無閾值的操控下，腔場的平均光子數(shù)隨著抽運率的增加是非線性的增加的，并且在這一過程中伴隨著亞泊松分布的光

3、子統(tǒng)計。這表明非經典的光子統(tǒng)計可以用來區(qū)分修飾態(tài)原子激光的非線性操控。 我們還研究了系統(tǒng)的輻射性質，在雙重修飾的原子模型中，利用修飾態(tài)之間的躍遷解釋了系統(tǒng)譜線的特征，并分析光子晶體庫環(huán)境對原子的熒光譜和腔場的輸出譜的影響。分析表明，隨著原子躍遷頻率與激光場頻率的失諧的變化，系統(tǒng)的譜線發(fā)生了明顯的改變，從雙峰譜線結構變化到多峰譜結構，再從多峰譜結構變化到單峰譜結構。譜線的結構依賴于原子與腔場的耦合強度，腔場的衰減和光子晶體中原子的