腔内冷原子自旋轨道耦合效应的研究

论文摘要

冷原子可以被囚禁于光晶格内形成类晶体结构,并且通过Feshbach共振技术可以调节原子间的相互作用,因此冷原子物理为研究许多固体物理和多体理论提供了理想的纯净平台。但是,由于冷原子是电中性,无法模拟带电粒子在电磁场中的运动。近几年在中性冷原子中成功实现了人工规范势和人工自旋轨道耦合解决了这一问题,并掀起了利用冷原子研究和模拟固体物理中与规范场相关的物理性质的热潮。当前,量子光学的一个重要研究方向是研究冷原子和光学微腔组合的耦合系统。此时,原子的自由度与腔场的光学模式相耦合,使得原子的动力学行为受到光腔反馈的影响,同时原子在进行动力学演化时散射的光子又会有效地改变光腔场的性质。而本文就是基于Raman激光诱导的人工自旋轨道耦合并结合腔量子电动力学（简称腔QED）,研究在限定空间包括Fabry-Pérot腔（简称F-P腔）和环形腔中冷原子自旋轨道耦合效应,讨论自旋轨道耦合和腔反馈对于系统的影响。本文首先研究了处于F-P腔内玻色爱因斯坦凝聚体（BEC）的自旋轨道耦合效应。单模的F-P腔能为冷原子提供了周期性的量子化光晶格,此时可以使用紧束缚近似进行二次量子化。通过计算发现调节腔参数实现大的有效失谐量（35）?c,能进行有效的合理近似,得到单原子缀饰态能级的具体表达式。由于引入了自旋轨道耦合,玻色原子的赝自旋能级出现了交叉,存在类似费米子中的无质量的狄拉克点。此时,调节两束Raman激光的入射角度可以改变能级交叉点的能量值和色散曲线的形状,改变外加磁场能有效地在动量空间中移动狄拉克点的位置。但需要注意的是,该模型中自旋轨道耦合效应不会受腔内量子化光场的直接影响。然后,本文研究了处于环形腔内单个冷原子的自旋轨道耦合效应。因为环形腔是行波腔,腔内的光场是单向传输的,实现Raman激光诱导的人工自旋轨道耦合时,考虑直接使用量子化的腔内光场代替一束Raman光。该模型可以使用平均场近似进行求解,得到原子的缀饰态能级和腔场的光子数。在讨论各参数对系统的影响时发现,原子的缀饰态能级会随泵浦率的增加而分离,并在分离过程中出现了环状结构。再利用动力学方程对系统的稳定性进行分析,引入不稳定状态的衰减率,发现当泵浦率较小时,系统的非线性效应表现得更为明显。而随着泵浦率的增大,自旋轨道耦合和腔内光场的动态耦合减弱,系统的非线性效应表现得不明显。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 姚珩煜

导师: 张波

关键词: 冷原子,量子光学,腔量子电动力学,自旋轨道耦合

来源: 武汉理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 武汉理工大学

分类号: O413.2

DOI: 10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.000239

总页数: 79

文件大小: 3651K

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