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。利用已有的或者人为设计的环境(光子库),通过改变原子跃迁频率附近的辐射场模密度,是加强或抑制原子的自发辐射的一种有效方法。另一方面,随着原子捕获技术的发展,人们对原子的操控越来越强。复杂环境(光子晶体和微腔)中,由外加激光场驱动的原子体系的辐射性质受到了广泛的关注。本文研究了原子所处环境的改变对原子自发辐射衰减行为的影响。首先研究了位于两平行板间的电四极子的自发辐射衰减速率,两板中的一个或两个平板的磁导率为无穷大。发现电四极子的自发辐射速率随原子位置的演化呈现振荡行为。当两板均是理想导体板或磁导率为无穷大的板时,电四极子的自发辐射速率随原子位置改变的演化曲线相对于腔的中间平面是对称的。当一个板是理想导体板,一个是磁导率为无穷大的板时,缺少这种对称性;为了揭示原子所处的限制环境对原子自发辐射速率的影响,我们进一步分析了处于理想导体包层的平板腔中的二能级原子,它自发辐射的光束的侧向位移对其自发辐射速率的影响。发现由于在腔镜界面出现正或负侧向位移,将改变原子所处环境的辐射场模函数,从而导致原子自发辐射速率的加强或减少;由于考虑光学平板波导外原子的自发辐射性质将有助于研究平板波导对原子的捕获,我们还讨论了位于金属包层的介质波导外,激发态原子自发辐射对波导的导波模的耦合。通过讨论原子自发辐射对正常导波模和衰逝导波模的耦合效率,得出适当地调节上层金属膜和波导中间层的厚度以及原子的位置,原子自发辐射光子对波导的正常导波模的耦合效率可以达到90%。本文还研究了复杂环境(光子晶体和微腔)中,受到外加激光场驱动的原子体系的辐射性质。首先我们考虑了与单模腔相互作用,且一个激发态通过强的激光场耦合到基态,而另一激发态经由弱的探测场耦合到基态的V型三能级原子所组成的介质的克尔非线性。分析了腔场频率,腔场一原子的耦合常数和原子的衰减速率对线性和非线性极化率的影响。我们发现在腔诱导的量子干涉和Purcell效应的共同影响下,克尔非线性能够被明显加强,并且介质的线性和非线性吸收均非常微弱;我们还研究了位于光子晶体微腔中,并且由外加相干场驱动的单个二能级原子的辐射场性质。在原子与腔场发生强耦合的情况下,着重考虑了腔场的压缩性质和频谱特性。单模腔场的压缩性质受到外加驱动场的拉比频率,腔模频率与外加相干场频率的失谐量以及腔场衰减速率的影响。由于腔场压缩的出现与光子晶体带隙的共同作用,腔场发射谱的线宽变窄。
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标签：自发辐射论文; 电四极跃迁论文; 电偶极跃迁论文; 侧向位移论文; 克尔非线性论文; 光子晶体带隙论文; 效应论文; 压缩论文;