铯原子系统中量子关联及光子晶体特性的实现

发布时间：2018-02-01 09:41

  本文关键词： 电磁诱导透明 电磁诱导光栅 光学厚度 量子关联 光子晶体　出处：《山西大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：量子关联是量子通信中的重要组成部分,在确保信息安全,增大信息容量等方面具有经典信息无法比拟的优越性。而实现远距离量子通信必须借助于基于原子量子存储的量子中继器,因此,波长与原子吸收线和光通讯窗口相应的量子关联的制备、操控与应用是量子通信研究领域一直受关注的焦点研究课题之一。多年来研究最多的制备关联和纠缠光的方法是用光学参量下转换和倍频过程,所制备的纠缠光的波长一般很难与原子吸收线相匹配,也很难实现与原子发生相互作用所必须的连续可调谐机制。为此,通过原子介质直接制备量子关联和纠缠显得尤为重要。该论文围绕原子汽室中明亮孪生光束的制备,对有关原子汽室光学厚度,原子汽室中的非线性,原子汽室中的光学光子晶体效应进行了研究,包括以下四部分：第一章在光与原子的相关实验中,很多物理过程都是基于原子的相干效应来完成的,如光减速、光存储、非线性等；因此这一章简单介绍了电磁诱导透明效应,重点阐述了光与原子非线性相互作用过程中的重要效应——电磁诱导光栅。第二章光学厚度是光与原子相互作用过程中原子系统的一个重要参量,利用光与简单二能级原子相互作用的布洛赫方程,在满足跃迁选择定则的前提下,把方程推广到了真实的原子系统,然后考虑了原子的速度分布以及传输效应,精确的模拟了不同偏振和强度的光通过不同温度原子汽室的透射曲线,并通过比尔法则计算出了原子汽室的光学厚度,得出了光学厚度与光的强度和偏振、原子汽室的温度都有关系,光强越大,光学厚度越小；原子汽室温度越高,光学厚度越大。第三章实验研究了铯原子汽室作为非线性介质的拉曼四波混频非线性效应,测量并分析了不同长度原子汽室和不同泵浦光光强下的探针场与共轭场之间的量子关联,得到最大2.5dB的关联光束。建立了依赖于具体原子系统的有效哈密顿量,通过分束器模型分析了损耗对量子关联的影响。理论计算了相同参量下不同原子的增益和量子关联,揭示了铯原子汽室中获得量子关联的机制。第四章理论研究了驻波场作用下的电磁诱导透明介质的吸收特性,实验测量了光通过驻波场作用下的铯原子汽室的透射特性,发现其在一定的频率区域存在类似于光子晶体中光子带隙的强吸收。而且驻波场的强度在空间上的周期性分布会引起作用介质的折射率在空间上的周期性调制。因此,通过调节形成驻波场的两束光场的相对频率失谐,可以方便的对光子带隙的中心频率位置进行操控。其中创新性的工作有Ⅰ.实验研究了不同能级和不同温度的铯原子汽室中在不同光强和不同偏振光作用下的光学厚度,并在理论上对其进行了精确模拟。为精确标定高温下原子汽室的光学厚度提供了一种很好的方法。Ⅱ.在铯原子汽室中利用拉曼四波混频产生了高频差的明亮孪生光束,理论上为研究在原子系统中的强度差压缩建立了依赖于具体原子系统参量的有效哈密顿量,揭示了不同原子汽室中获得不同量子关联度的关键机理。Ⅲ.在热原子系统中利用驻波场作用下电磁诱导透明介质对一定频率区域探针场具有强吸收的特性,实现了类似于光子晶体所具有的光子带隙特性,并且可以通过调节形成驻波场两束光之间的失谐来对带隙的中心频率位置进行操控。
[Abstract]:Quantum correlation is an important part in quantum communication, in order to ensure the information security, the superiority of classical information can not match the increasing data capacity and so on. And the realization of long-distance quantum communication must rely on quantum repeaters, atomic quantum memory based on the atomic absorption wavelength and quantum correlation line and optical communication window of the corresponding preparation control and application, is one of the research focus on the field of quantum communication has been popular for many years. Most of the research and preparation of related entangled optical method is to use optical parametric down conversion and frequency doubling process, the preparation of the entangled light wavelength and the atomic absorption line is generally difficult to match, it is difficult to achieve continuous tunable mechanism of interaction must be with atoms. Therefore, system directly through the atomic medium preparation of quantum correlation and entanglement is very important. The paper around the atomic vapor cell In the light of twin beams were prepared on atomic vapor cell optical thickness, nonlinear atomic vapor cell, photonic crystal optical effect of atomic vapor cell were studied, including the following four parts: the first chapter in the related experiments of light and atoms, many physical processes are based on Yu Yuanzi to complete the coherence effect the light speed, nonlinear optical storage, etc.; therefore this chapter simply introduces electromagnetically induced transparency, and expounds the important effects of the interaction of light and atoms in the nonlinear electromagnetically induced grating. In the second chapter, the optical thickness is an important parameter in the atomic system in the process of interaction between light and atoms. Using the Bloch equation of interaction between light and simple two level atom, satisfying the transition selection rules, the equation is extended to the real atomic system, and then consider the atomic velocity distribution in 鍙婁紶杈撴晥搴，

本文编号：1481553