二阶非线性光学频率转换两模量子场耦合系统的时间演化与量子起伏

论文题目: 二阶非线性光学频率转换两模量子场耦合系统的时间演化与量子起伏

论文类型: 博士论文

论文专业: 光学工程

作者: 厉江帆

导师: 姜宗福

关键词: 时间演化,量子起伏,压缩态,准相位匹配,不变量理论,薛定谔方程,封闭解,解析解

文献来源: 国防科学技术大学

发表年度: 2005

论文摘要: 二阶非线性光学频率转换系统(即二阶参量过程)是产生可调谐相干辐射、压缩真空态、压缩相干态、压缩数态以及其它非经典态的一种强有力的工具。它主要由二次谐波产生、和频产生、差频产生、光参量振荡等构成。一般来说,在同一块晶体中至多有一种参量过程能产生出足以察觉得到的非线性光学效应。产生这种现象的原因是:只有参与相互作用的耦合光波满足能量守恒和相位匹配的条件,才能有效地实现非线性相互作用;而通常在一块晶体中不会有多于一种的参量过程满足这样苛刻的限制条件。所以,过去人们主要仅需面对单个独立的参量过程。随着准相位匹配技术的发展,今天人们可以通过合理设计准周期极化序列使晶格具有合适的倒格矢,可同时满足耦合参量过程中的各参量过程的准相位匹配条件,在一块光学超晶格中可同时实现多个参量过程。这就使得我们在理论上进一步研究由多个参量过程组成的一般二阶非线性参量过程具有一定的实际意义。本文首先对非线性光学频率转换技术的发展以及光的压缩态的研究进展进行了一个简短的回顾,接着对电磁场的量子化,光的几个基本量子态、单光子装置和双光子装置的主要性质,以及一般二阶非线性参量过程的哈密顿算符的推导过程进行了简要的概述。为了求解复杂的含时系统,对Lewis–Riesenfeld量子不变量理论进行了深入的讨论。在此基础上,我们运用Lewis–Riesenfeld量子不变量理论,重点研究了几个较复杂的二阶非线性光学频率转换两模量子场耦合系统的时间演化规律与量子起伏性质;并获得如下主要结论:1.采用Lewis–Riesenfeld量子不变量理论,研究了(哈密顿量包含任意含时驱动

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 引言

1.1 非线性光频率转换量子系统的研究概况

1.1.1 经典光学概述

1.1.2 对Huygens-Fresnel 原理中倾斜因子的一点评述

1.1.3 光量子论的兴起与光物理学的建立

1.1.4 量子光学的建立

1.1.5 光学频率变换技术

1.1.6 光的压缩态

1.1.7 二阶光频率转换量子系统

1.2 本文的主要内容

第二章 电磁场的量子化

2.1 各向同性线性均匀介质中电磁场简正模的展开

2.2 辐射场的量子化

2.3 数态或Fock 态

2.4 相干态

2.5 光学压缩态

2.5.1 光学压缩态的提出

2.5.2 单模光场的压缩态

2.5.3 双模光场的压缩态

2.6 描述单光子装置和双光子装置输出光量子起伏的基本量

2.7 小结

第三章 光与非线性介质的相互作用

3.1 非线性介质中的场能

3.2 参量过程与非参量过程

3.3 二阶非线性光学效应

3.3.1 光学二次谐波的产生

3.3.2 光学和频与频率上转换

3.3.3 光学差频和光学参量放大

3.4 三阶非线性光学效应慨述

3.5 二阶光学参量过程的哈密顿算符

3.6 小结

第四章 Lewis-Riesenfeld 量子不变量理论

4.1 孤立系与非孤立系

4.2 Lewis-Riesenfeld 量子不变量理论

4.2.1 不变量理论的基本内容

4.2.2 不变量理论的一种简便的推导方法

4.2.3 含时系统演化算符的一般形式

4.3 小结

第五章 经典抽运一般参量下转换量子系统的时间演化与双模压缩效应

5.1 经典抽运一般参量下转换动力学模型

5.2 一般参量下转换系统薛定谔方程的封闭解

5.2.1 含时不变量及其本征态

5.2.2 含时薛定谔方程的封闭解

5.3 简谐含时参量下动力学系统的显示解析解

5.3.1 失谐非简并参量下转换模型

5.3.2 失谐非简并参量下转换系统薛定谔方程的显示解析解

5.3.3 失谐非简并参量下转换系统薛定谔方程显示解的特殊情形

5.3.3.1 本显示解与文献[35]解的关系

5.3.3.2 本显示解与其它解的关系

5.4 双膜压缩效应

5.4.1 初态处于相干态或真空态情形

5.4.2 初态处于Fock 态情形

5.5 小结

第六章 一般参量频率上转换量子系统的时间演化与量子起伏

6.1 一般参量频率上转换量子系统的动力学模型

6.2 薛定谔方程的一般解

6.3 输出场正交分量的量子起伏

6.3.1 初态为两模压缩Fock态时系统的压缩效应

6.3.2 初态为两模压缩相干态时系统的压缩效应

6.3.3 初态为两模Fock态和两模相干态时系统的量子起伏

6.4 小结

第七章 一般二阶非线性频率转换两模量子场耦合系统的时间演化

7.1 动力学模型

7.2 一般二阶参量频率转换两模量子场耦合系统薛定谔方程的通解

7.3 小结

附录A

结论

致谢

在攻读博士学位期间发表的论文

发布时间: 2006-09-14

参考文献

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