光子带隙热库中原子的发光特性研究

论文摘要

自发辐射和共振荧光辐射作为光与物质相互作用的基本过程一直就是物理学的一个重要研究课题。到了二十世纪七十年代,人们开始研究如何在量子体系中实现对原子发光特性的控制和修正。光子带隙热库因为其独特的控制光子运动的能力被加以利用。近年来,原子在光子带隙热库中的辐射在理论研究、相关实验及其应用开发等领域都得到了迅速发展。本论文对光子带隙热库中原子的自发辐射和共振荧光辐射进行了深入的研究。通过比较原子与外相干场耦合的不同方式,得出光子带隙热库中原子自发辐射的量子干涉效应,以及不同光子晶体的态密度对位相依赖现象的影响。并讨论了在弱激发的情况下,光子带隙热库中原子的共振荧光谱不同于真空情况下的谱线特征。当在光子晶体中引入缺陷形成纳米腔时,利用腔量子电动力学得到了单量子和双量子点在腔中的发光特性,并在缀饰态表象下揭示其物理本质,为研究多原子系统打下基础。光子带隙热库中原子的发光特性研究对光信息存储、量子信息与量子计算、光群速减慢、光通讯、光谱识别、高效率发光材料等领域的理论和实验研究均具有一定的指导意义。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究历史与现状
• 1.2 原子相干效应简介
• 1.2.1 Hanle 效应
• 1.2.2 相干粒子数捕获
• 1.2.3 电磁感应光透明
• 1.2.4 无粒子数反转光放大
• 1.2.5 真空感应相干效应
• 1.3 光子晶体简介
• 1.3.1 光子晶体的概念
• 1.3.2 光子晶体的制备
• 1.3.3 光子晶体的应用
• 1.3.4 光子晶体纳米腔
• 1.4 量子点――人造原子
• 1.4.1 什么是量子点
• 1.4.2 量子点的制备及应用
• 1.5 本论文的主要内容
• 第二章 研究量子相干效应和的理论工具
• 2.1 描述量子系统的三种图像
• 2.1.1 薛定谔图像
• 2.1.2 海森堡图像
• 2.1.3 相互作用图像
• 2.2 光与物质相互作用的半经典理论
• 2.2.1 相互作用哈密顿和偶极近似
• 2.2.2 几率振幅法和旋转波近似
• 2.2.3 密度矩阵方程
• 2.2.4 缀饰态理论
• 2.3 光与物质相互作用的全量子理论
• 2.3.1 原子系统与光波场的总哈密顿
• 2.3.2 几率振幅法和旋转波近似
• 2.3.3 Weisskopf-Weigner 理论
• 2.4 量子回归理论
• 第三章 研究光子晶体热库的理论工具
• 3.1 Markov 热库和non-Markov 热库
• 3.2 描述光子热库性质的延迟格林函数
• 3.3 光子晶体中的模密度
• 第四章 光子带隙热库中原子在相干场作用下的自发辐射研究及量子干涉效应
• 4.1 引言
• 4.2 外相干场作用下原子的自发辐射
• 4.2.1 理论模型及公式推导
• 4.2.2 结果讨论与分析
• 4.3 微波场耦合下原子的自发辐射研究
• 4.3.1 理论模型及公式推导
• 4.3.2 结果讨论与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 光子带隙热库对原子共振荧光光谱的控制
• 5.1 引言
• 5.2 理论模型及公式推导
• 5.3 结果讨论与分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 量子点在单模光子晶体纳米腔中的自发辐射
• 6.1 引言
• 6.2 单量子点与单模腔耦合的理论模型及公式推导
• 6.3 双量子点与单模纳米腔耦合的自发辐射
• 6.3.1 理论模型及公式推导
• 6.3.2 缀饰态表象中对结果的讨论和分析
• 6.4 本章小结
• 论文总结
• 参考文献
• 攻博期间发表的学术论文
• 致谢
• 中文摘要
• Abstract