光子晶体中原子的自发辐射性质

论文摘要

自发辐射是量子信息的存储和传播、高频激光器及高精度测量等现代量子光学新发现的主要限制因素之一。量子光学的一个重要课题就是探讨控制和改变自发辐射的方法,而研究光子晶体中原子自发辐射性质是其中一个重要内容。光子晶体作为一种由介电函数周期性分布所形成的人工微结构,具有许多独特的性质,对光子的运动有着重要的影响。 本文研究了处于各向同性的一维光子晶体中的单个四能级原子的自发发射性质。此四能级原子的两个上能级由相同的场模耦合到共同的基态并且同时由相干场驱动到一个辅助能级。由于原子不同跃迁通道间的量子干涉和光子晶体能带带边的作用,自发发射被显著地抑制了。我们还分析了原子的辐射场的性质。通过改变驱动场的拉比频率可以达到控制原子自发发射的目的。 本文还研究了处于各向异性的三维光子晶体中,且在强相干的低频场的驱动下的单个二能级原子的自发辐射性质。由于低频场的影响,使得原子产生了在跃迁过程中吸收或发射一个低频光子的衰减渠道。这些跃迁导致了自发辐射的量子干涉,再加上光子晶体能带带边的作用,自发辐射被显著抑制。原子的布居捕获依赖于原子上能级与能带带边的相对位置,低频场的频率和原子不同跃迁通道间的相对跃迁强度。并将结果与一维各向同性的结果进行比较,从而了解态密度对自发辐射的影响。结果表明:由于态密度没有奇异性,辐射场中的局域场可以消失,弥散场在一定条件下会得到加强,并在辐射场中占主导地位。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT（英文摘要）
• 第一章 引言
• 第二章 本文的基础理论
• 2.1 光子晶体的基本原理及应用
• 2.2 光子晶体中光子的色散关系的计算
• 2.2.1 一维光子晶体中光场的波动方程
• 2.2.2 光子晶体中光子的色散关系
• 2.3 自发辐射
• 第三章 各向同性的一维光子晶体中单个四能级原子的自发辐射
• 3.1 模型及理论推导
• 3.2 辐射场
• 3.3 上能级布居数的讨论
• 3.4 小结
• 第四章 各向异性的三维光子晶体中单个二能级原子的自发辐射
• 4.1 模型及理论推导
• 4.2 上能态布居数的讨论
• 4.3 小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢及声明