光场与物质相互作用系统的动力学演化和非经典特性

论文摘要

本文第一部分尝试将幺正算符动力学演化方法推广应用到有耗散情形的二能级原子系统,将增益与耗散统一在非微扰处理框架内正确求解J-C模型约化密度矩阵主方程。 第二部分将极化激元系统约化成模型单模光子—横向声子有效相互作用系统,在此基础上以解析形式首次讨论了系统的波函数、力学量和压缩态、亚泊松分布等非经典效应的动力学演化行为。初始为相干态的辐射场和初始为真空态的极化波量子场在非线性相互作用下随时间演化以振荡形式交换能量,光子场和声子场都可以演化成压缩态,其二阶压缩度随时间演化成复杂周期振荡特性,这种非经典特性是非线性相互作用的结果并且以k1项和k2项同时存在并相互关联为前提。而此时光子统计分布和声子统计分布随时间演化呈现介于超Poison分布和亚Poison分布之间复杂周期振荡的新结果,非线性作用k1项和k2项对这种非经典统计行为都有贡献。论文进一步证明当辐射场初始为压缩真空态时,声子场随时间演化会呈现任意高阶压缩的非经典效应,这主要由非线性作用项k1项决定。 本文最后首次以解析形式推证了极化激元系统在耦合态表象中的新基态——双模转动压缩真空态及其新的量子涨落特性,发现辐射场和极化声子场两个子系统可以分别呈现压缩效应,这说明该新基态是一个新非经典态。从而解释极化激元系统在时间演化过程中呈现的动力学压缩特性、非经典统计行为和高阶动力学压缩等新的量子现象是由于系统基态为双模转动压缩真空态的直接演化结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 量子光学的建立和发展
• 1.2 光与物质相互作用的研究进展及意义
• 1.3 本课题的研究内容
• 第二章 量子光场与原子相互作用系统
• 2.1 J-C模型的哈密顿量
• 2.2 J-C模型约化密度矩阵主方程
• 2.2.1 约化密度矩阵的微扰解
• 2.2.2 非微扰约化密度矩阵主方程
• 第三章 量子光场与极化波量子场相互作用系统
• 3.1 量子光场与极化波量子场相互作用系统波函数的时间演化
• 3.1.1 单模光场-TO声子相互作用系统有效哈密顿量
• 3.1.2 Heisenberg表象下力学量运动方程的解
• 3.1.3 系统波函数的时间演化
• 3.2 量子光场与极化波量子场相互作用系统的量子涨落及动力学压缩特性
• 3.3 量子光场与极化波量子场相互作用系统的量子统计分布和动力学时间演化特性
• M^a因子'>3.3.1 辐射光场的Q_M^a因子
• M^b因子'>3.3.2 极化声子场的Q_M^b因子
• 3.3.3 小结
• 3.4 量子光场与极化波量子场相互作用系统的高阶压缩动力学时间演化行为
• 3.5 量子光场与极化波量子场相互作用系统的双模转动压缩真空态的零点涨落
• 3.5.1 系统的哈密顿
• 3.5.2 系统耦合与非耦合波函数间的么正变换
• 3.5.3 极化激元系统的双模压缩真空态及其量子涨落特性
• 第四章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间录用的论文
• 致谢