多能级原子系统中的量子调控

论文摘要

近年来,多能级系统的量子干涉效应得到了广泛的关注和深入的研究,并且已逐渐成为量子光学领域的重要前沿课题,人们在过去的几十年中已发现了许多新的基于量子干涉效应下的物理现象和效应;另一方面,量子调控作为一门新的科学与技术分支十分活跃,它的发展可能彻底改变计算机、工业、医学,化学与生命科学等,从而使人类生活发生根本性的变化。目前量子调控的重点是物理实现,而针对量子控制系统的研究主要还是在理论探讨阶段。本文应用量子光学的相关理论,对基于多模场与多能级原子相互作用系统中量子干涉下的量子调控进行了研究,得出了一系列有意义的结果。量子干涉效应有别于传统的经典干涉效应,基于量子干涉下的量子调控应用领域突破传统的瓶颈,特别是在量子信息、量子通信加密技术以及光量子计算机等领域将有望取得重要进展。本论文基于国家自然科学基金资助课题“无序介质激光机理的相关研究”和“单光子激光的新机理研究”的基础上,进一步研究了基于量子干涉效应下的量子调控导致的物理现象,其主要内容包括:1、量子调控以及量子干涉的研究概况及当前的研究动态和应用展望。2、介绍相关的研究方法、理论工具基础。具体介绍了波函数、狄拉克符号,量子电偶极子、密度矩阵表述法、非线性光学极化率、几种物理绘景以及半经典理论和量子理论。3、研究了Tripod-type四能级原子与三光场相互作用系统的基于量子干涉效应的量子调控下,在共振-近共振区域探测光出现了EIT现象,实现了光开关效应.利用量子干涉机制电磁诱导,在一定的弱探测场区间实现了介质的左手效应。并比较了抽运场,控制场,探测场的光场强度对该效应的影响。4、研究了具有超精细结构的四能级原子系统在电磁感应下的左手效应,讨论了由交叉耦合自发辐射路径引起的真空诱导相干（VIC）对左手效应的影响。国家自然科学基金（批准号:60278016,60768001）资助的课题

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 量子调控简介
• 1.2 量子干涉效应及其重要物理现象
• 1.3 本论文的主要工作
• 第2章 光场与原子能级系统相互作用理论基础
• 2.1 波函数
• 2.2 狄拉克符号
• 2.3 量子电偶极子
• 2.4 密度矩阵表示法
• 2.5 非线性光学极化率
• 2.6 几种基本物理绘景
• 2.7 半经典理论和量子理论
• 第3章 TRIPOD-TYPE四能级原子系统中的量子调控
• 3.1 Tripod-type四能级原子系统中的非线性效应的量子调控
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 tripod-type模型结构
• 3.1.3 数值计算和结果分析
• 3.1.4 小结
• 3.2 多模光场下tripod-type型四能级原子系统中量子调控下的左手效应
• 3.2.1 概述与理论基础
• 3.2.2 数值模拟分析
• 3.2.3 结论
• 第4章 真空诱导相干对电磁感应左手效应的量子调控
• 4.1 概述
• 4.2 模型与计算
• 4.3 结果与分析
• 4.4 本章结论
• 第5章 全文总结与展望
• 5.1 本文的创新
• 5.2 可后续本文的研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果