腔量子电动力学系统相干完全吸收与非经典态制备

论文摘要

光吸收是光与物质相互作用的效应之一,如何实现光的完全吸收一直是科学研究者们十分关注的问题。为实现这一目的,人们不断地用天然材料、人造材料（结构）尝试。2010年Chong等人运用时间反演、反激光等物理思想:将谐振腔内的增益介质替换成耗散介质,然后用两束振幅相同、频率相同、传播方向相反的激光从两侧驱动腔,选择合适系统参数后,实现了相干完全吸收。这一技术的实现,引发了广大研究者们的兴趣,随后他们在光腔、波导、一维光子结构、超薄结构、等离子体、石墨烯、超材料等结构和材料中实现了相干完全吸收。相干完全吸收的实现,为制作全光学开关、传感器、调谐器、滤波器等提供了理论和技术基础,并部分己在实验室实现了。考虑到量子效应,量子区域的相干完全吸收会有一些新颖的特性。本文基于全量子理论研究了腔量子电动力学系统的相干完全吸收及其非经典态制备,以及多个光力系统的机械振子GHZ态和cluster态的制备。首先考虑一个腔内放置了单个原子或量子点的腔量子电动力学系统,用两束相同的激光分别从左右两侧驱动腔。由于强耦合导致的光子阻塞效应,系统可近似到单光子空间内演化。通过全量子理论分析,得到了非线性区域的相干完全吸收条件。在量子非线性系统中,原子耗散和腔耗散等非相干损耗过程会使得腔内光子的纯度降低。在相干完全吸收情况下,腔内场始终表现出正交压缩特性,由于量子涨落,还存在极少量的双光子和多光子的输出场,该输出场处于高阶亚泊松分布。其次,在该系统中增加了一块光学参量振荡器（OPO晶体）和一束倍频激光,后者用于驱动腔。倍频腔光子经过OPO晶体后分解成两个低频光子,系统近似到双光子空间演化。通过选择系统参数,得到了深度的相干完全吸收:腔输出场的单光子振幅为零,双光子振幅同时也为零。此外,还选择了适当的系统参数使得单光子输出不为零,而双光子输出为零。此时的输出场仅剩下单光子态和极少部分的多光子态,输出场可看作为较理想的单光子场。最后,提出了一个有效方案用于在多个腔光力系统中制备机械振子的GHZ态和cluster态。在此方案中,每个光力腔由一个蓝失谐脉冲驱动,从而在腔输出场和机械振子间建立量子引导关联,然后将腔输出场注入到一个具有不同透射率的光分束器阵列上,通过测量光分束器阵列上的输出场的幅度正交分量和相位正交分量,进而得到了机械振子的GHZ态和cluster态。所获得的机械振子的GHZ态和cluster态可以看作是由一个有效的机械振子-分束器阵列的输出场和处在压缩态的机械振子输入场的叠加态。

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文章来源

类型: 博士论文

作者: 魏阳华

导师: 李高翔

关键词: 相干完全吸收,非经典态

来源: 华中师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 华中师范大学

分类号: O413

总页数: 99

文件大小: 6552K

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标签：相干完全吸收论文;  非经典态论文;