光子和声子阻塞与反聚束效应的研究

发布时间：2020-05-27 16:09

【摘要】：量子光学诞生至今已60周年,从提出就吸引了众多科学家潜心研究。在当今21世纪,随着单光子技术的发展,在量子信息和量子计算领域中能得到高效稳定、具有高度不可分辨性的单光子成为了一项重要研究,科学家提出了很多利用光子阻塞机制实现单光子源的方案,例如:超导电路、四能级量子发射器与光子晶体纳米腔耦合系统、弱非线性光子分子、耦合量子点腔系统还有光力学系统,但是无论是光子分子还是量子点,在实验中都有一定的难度,因此激发了学者去探索更完美的单光子源。本文提出了三个方案,基于在弱驱动的条件下很难将光子或声子激发到多光子(声子)态,进而使光子处于单光子态或双光子态,由于不同激发路径之间的量子相消干涉,观察到了反聚束效应。其中前两个方案是利用光子阻塞机制观察到光子反聚束效应,而第三个方案利用声子阻塞机制来实现声子反聚束效应。第一个方案是在光学腔内的两个光学模满足三阶非线性的条件下,利用薛定谔方程和主方程去计算解析解和数值解,然后利用解析解和数值解分析光子的统计特性。最终我们观察二阶关联函数从而探究发生反聚束效应的条件。第二个方案的模型是将一个金属纳米离子放置在一个光学腔中,在腔内的两个模在有相互作用的情况下,通过分析结果观察光子的量子效应。我们发现,这两个方案都在耦合强度很小的条件下实现光子阻塞,也称为非传统光子阻塞机制。由于耦合强度较小,我们的两个方案与之前的方案相比提高了在实验上的可行性。第三个方案是利用一个光学腔与机械振子二次耦合的模型,观察声子阻塞,这个模型也可以研究光力学系统的冷却、压缩和纠缠以及光学响应特性。通过观察系统的反聚束区域并计算其最佳条件,可以得出,第一个方案的反聚束效果最强,第二个方案的耦合强度要求较低,而第三个方案应用范围更广,可见三个方案各有优势。我们的研究具有较强的实验可行性,为制备单光子源提供了更优秀的理论基础,为后续研究提供借鉴。
【图文】：

相干函数分为经典一阶相干函数和量子一阶相干函数，先给出经逡逑典一阶相干函数，引出本文中着重讨论的量子相干函数。接下来，从杨氏双缝干逡逑涉实验说起，如下图所示。从图２．２中已知图中的ｒ处的光场来自两个时刻，分逡逑别设为ｔｌ邋＝邋ｔ邋—邋ｈ／ｃ和纟２邋＝邋（邋—邋Ｓ２／Ｃ的叠加光场：逡逑Ｅ｛ｒ．ｔ）邋＝邋ＫｌＥ｛ｒｌ．ｔｌ）邋＋邋Ｋ２Ｅ｛ｒ２．Ｍ），逦（２．２５）逡逑９逡逑

逡逑当耦合强度｜Ｊ／ｋ｜的值在增加，卜／ｋ｜也是在逐渐的增加。在图３．１（ｂ）中，零时逡逑⑻逦（ｂ）逡逑0－４邋｜Ｂ逦■W：°－２逦Ｉ邋５逡逑０．２＾逦＾邋？ｌ°２邋０．１逦；逦＊逡逑Ｓ邋0Ｌ邋一逦．－４＾邋０逦，逦°逡逑：｜．．逦．邋？：＇：，、；逡逑－２邋０邋２邋－２邋－１邋０邋１邋２逡逑ＪＪｋ逦Ｊ／ｋ逡逑图３．１：邋（ａ）零延迟时间的二阶关联函数三维对数图，变量为非线性相互作用强度逡逑ｕ／ｋ和耦合强度Ｊ／ｋ．邋（ｂ）零延迟时间的二阶关联函数对数图，变量为驱动场强的逡逑比率ｎ／Ｋ和耦合强度Ｊ／ｋ。在图⑷和㈦中的虚线是解析解。逡逑间延迟的二阶关联函数ｇ（２）（０）的三维对数图，是关于驱动场强度比率ｎ／？：和逡逑耦合强度Ｊ／ｋ的数值解，其中驱动场强度Ｆ／ｋ＝０．０１，其中＝邋出现在逡逑三和四象限。另外，ｕ／ｋ邋＝邋ｕ４／ｋ出现在一和二象限。解析解是图中的白色虚逡逑线
【学位授予单位】：延边大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O431.2

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本文编号：2683789