PT对称多腔阵列单光子散射的研究

发布时间：2020-11-01 04:47

　　 单光子和原子之间的强耦合在量子信息处理中有重要应用,而一维无限长耦合腔阵列是实现光子传输的很好的选择之一。Bender等人提出了PT对称性,这个概念在光学背景下通过具有特殊对称性的平衡增益损耗结构而实现。本文研究将单光子放在具有PT对称性的的多腔阵列中的散射问题。分别将一个耗散腔、一个增益腔、一个0腔与其它两个或四个既不存在耗散也不存在增益的腔耦合,将其当做散射核,与两个半无限长腔阵列耦合组成一维无限长耦合腔阵列。并分别研究将原子放在散射核中的0腔与其耦合以及没有原子与散射核耦合时,单光子的传输行为。利用离散坐标的方法来求解系统的薛定谔方程,求解出合适的本征值以及本征波函数,得到单光子在一维无限耦合腔阵列中传输的反射率以及透射率的表达式,调节体系参数观察单光子在腔中传输时反射率以及透射率的变化规律。通过研究单光子反射率以及透射率变化规律得到:单光子在具有PT对称性的腔阵列中传输时,其散射行为也具有PT对称性,其从两侧入射时,反射率的图像是对称的,透射率的图像是相同的。而且当散射核中腔的个数不同时,反射率以及透射率会出现相同的变化规律,适当的减小体系的增益(耗散)率,会更好的控制这种趋势相同,所以散射核部分可以看做一个光子开关。当散射核中有原子与其耦合时,原子会抵消一部分耗散,反射率会出现大于1的现象,而且通过适当的调节参数还会出现和无原子时完全不同的现象,因此,有原子时,也可以把散射核部分当做光子开关,而且可以看做光子放大开关。
【学位单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O572.31
【部分图文】：

在理论和实验上，PT 对称的概念花了大约十年的时间才进入光学领域。在这种，势的实部和虚部被折射率的实部和虚部所取代。因此，光学中的点对称表示折空间对称实部和空间反对称虚部的材料系统折射率。后一种情况自动意味着系统着损失（正虚部）和增益（负虚部）的平衡分布。

(a)(b)图1.2 耦合波导谐振器系统图(a) 与空腔耦合的波导的一般几何结构 图(b)间接耦合谐振腔光波导的例子以色列雷霍沃特的魏茨曼科学研究所做了一个研究，设计了光量子开关，它的原理是控制在微球光学谐振腔中耦合的铷原子的量子态，能够使量子开关选择光纤中光子传输的路径，包括两个输入、输出路径。在原子与光子的相互作用下，光量子开关能控制光子的传输路径而不破坏编码在光子叠加态中量子信息的效果。因此，我们可以研究在一维耦合谐振腔阵列中加入原子时，原子与一维耦合腔阵列耦合，观察单光子在其中的传输特点[75-77]。自然情况下波的传播或者是在复杂介质中工程化的波的传播是一个跨学科的研究领域，涉及各种系统，如经典波、量子波、原子物质波。尽管存在这种多样性，这些系统的波动特性为理解它们的传输特性提供了共同的框架。其中一个特征是波干涉现象。它们的存在导致波在随机介质中传播完全停止，这可以通过增加介质的随机性来实现。五十年前

5图1.3 具有PT对称性的一维多层无序介质如图1.3所示，介质左侧的绿色表示耗散的一侧，右侧红色的区域表示增益的一侧，增益和耗散的折射率分布是均匀的，反射率的实部 ( ) ( )R Rn x = n x。对于系统尺寸足够大(强大的无序性或者较大的增益和损耗)的情况，如果入射波从结构的有损耗侧进入(浅绿色箭头)，则系统充当高性能吸收体，而如果入射波从增益侧(暗红色箭头)进入结构，则系统“超反射”。1.3 论文框架利用单光子在一维无限耦合腔阵列中传输的性质，近些年来已经研究了很多的量子器件，为了更加精确的描述这些量子器件的性质，将展开本文的研究。本文通过对具有PT 对称性的一维无限耦合腔阵列进行研究
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本文编号：2865034