在铷原子蒸汽中基于电磁感应透明的高保真度放大光存储的理论研究

发布时间：2017-03-27 12:12

  本文关键词：在铷原子蒸汽中基于电磁感应透明的高保真度放大光存储的理论研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：对于实现量子通信和量子计算来说,首先要实现量子存储。具有高存储效率、高存储保真度和长的相干时间的量子存储是实现远距离量子通信和量子信息处理的关键。光子由于其传播速度约等于3*108m/s,在自然界中具有极快的传播速度,是传递各种信息的理想载体。由于原子系综基态能级之间的退相干率较小,因此具有长寿命优势,这就促使原子成为了存储光量子信息的理想介质。近些年来,基于不同机制的存储器不断被提出,并且在实验中得以实现,比如本论文中所研究的基于EIT的光学存储,基于时空反转法的光学存储等。本文对三能级原子系统基于电磁感应透明的光存储的保真度和存储效率进行了理论推导与计算。首先理论计算了三能级(43)模型冷~(85)Rb原子中基于电磁感应透明的光存储的存储效率和保真度;然后分析了三能级(43)模型热~(85)Rb原子的情况,加入多普勒效应后计算了三能级(43)模型热~(85)Rb原子光存储的存储效率和保真度,由于多普勒展宽效应,极易产生虚能级四波混频过程,四波混频过程会导致偶极子的相移,使原本在激发态能级的原子自发辐射重新回到基态能级产生噪声,明显降低存储效率。在实际应用中,我们需要在热原子中实现高存储效率和高保真度的光存储。因此需要找到提高存储效率的有效办法。我们提出了N模型系统来抑制虚能级四波混频效应。在三能级(43)模型的基础上加入一个泵浦场,使其与弱探测场共用基态能级2/15S F=2,与其作用的上能级为原子的激发态能级5P3/2,在我们提出的方案中,泵浦场首先在探测场未存入介质之前对其提供了拉曼增益,补偿了探测场的损失进而提高存储效率,其次由于泵浦场的作用使探测场的慢光延迟减小甚至变成快光,探测场的畸变变小从而提高保真度。计算结果表明,在有泵浦场存储在的情况下存储效率明显提高,其保真度保持较高水平。据我们所知光学深度和存储时间影响着存储效率和保真度。之前有研究表明随着光学深度的增加,基于EIT的光存储效率会明显增大。由于在光存储过程中的自旋波退相干效应,随着存储时间的增加,存储效率会呈指数减小。高质量的存储的标准为:存储效率高,保真度大,存储时间长。具有高质量的光存储成为了近年来研究的热点。在本论文中,我们理论计算模拟了存储的效率和保真度随光学深度OD以及存储时间的变化趋势,并将所得结果作图分析并总结规律。从理论计算可得存储效率随着光学深度的增加达到了1以上,并且随着存储时间的增加而减小。这对以后我们的研究工作提供了很好的理论依据。
【关键词】：电磁感应透明 光存储 四波混频
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O413;TP333
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 量子干涉效应10-11
• 1.2 电磁感应透明11-14
• 1.2.1 基本原理11-13
• 1.2.2 光群速度减慢13-14
• 1.3 基于电磁感应透明技术光存储的研究进展14-15
• 1.4 本论文的基本内容15-16
• 第2章 论文研究背景及相关理论工具16-29
• 2.1 相关理论工具16-23
• 2.1.1 描述量子系统的三种表象16-19
• 2.1.2 麦克斯韦方程19-21
• 2.1.3 密度矩阵法21-23
• 2.2 基于EIT的慢光和光存储23-26
• 2.3 四能级N模型中泵浦光对EIT的影响26-29
• 第3章 基于电磁感应透明的高效率高保真度的光存储29-41
• 3.1 引言29
• 3.2 本论文中用到的铷原子的相关参数29-33
• 3.3 三能级冷原子中存储效率与保真度33-36
• 3.3.1 理论模型和密度矩阵33-34
• 3.3.2 数值计算与分析34-36
• 3.4 三能级热原子中存储效率与保真度36-41
• 3.4.1 理论模型和密度矩阵36-38
• 3.4.2 数值计算与分析38-41
• 第4章 高保真度放大光存储的理论研究41-48
• 4.1 引言41
• 4.2 四能级N模型的存储效率与保真度41-45
• 4.2.1 理论模型和密度矩阵41-43
• 4.2.2 数值计算与分析43-45
• 4.3 铷原子蒸汽中的高保真度放大光存储45-46
• 4.4 存储时间对存储效率与保真度的影响46-48
• 论文总结与展望48-49
• 参考文献49-52
• 作者简介和在校期间取得的科研成果52-53
• 致谢53

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