电磁诱导透明条件下光的量子传播及其非线性瞬态特性研究
发布时间：2021-05-10 23:23
传统的非线性光学主要研究激光场与电磁介质的相互作用及其产生的强光非线性光学效应。上世纪90年代电磁诱导透明（Electromagnetically Induced Transparency,简称EIT）现象的发现则为研究弱光非线性光学打开了突破口。EIT效应可有效地抑制介质对入射光场的共振吸收,同时还能显著地改变介质的色散和非线性响应特性。这不仅使光脉冲的超慢无损耗传播及其主动操控成为可能,而且为实现单光子水平下的非线性与量子光学效应提供了重要的技术手段。近年来,超冷里德堡原子的研究引起了人们的广泛关注。超冷里德堡原子具有许多新奇的物理特性,如很长的寿命、很大的电偶极矩、在12个数量级范围内可调的强偶极——偶极相互作用等。除了许多其它重要的进展,里德堡原子EIT的实验实现为弱光非线性与量子光学效应的探索提供了崭新的平台,相关研究成果在精密光谱科学与技术、量子计算与量子信息、量子调控与精密测量等诸多研究领域有重要应用。原子EIT是量子存储的关键技术之一。为了得到较高的存储效率和保真度,原子介质必须具有足够大的光学深度。但在通常的EIT存储方案中,对于大光学深度的原子介质,体系的四波混频（...
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 电磁诱导透明及其瞬态光学特性
1.3 基于电磁诱导透明和四波混频的量子存储
1.4 超冷里德堡原子系综中的电磁诱导透明
1.5 等离激元诱导透明
1.6 论文结构
第二章 三能级A型原子系统中电磁诱导透明的全量子理论描述
2.1 引言
2.2 电磁场的正则量子化
2.3 光与三能级原子系综相互作用的理论模型
2.4 光与原子系综相互作用的Heisenberg-Langevin运动方程
2.4.1 涨落耗散定理和量子Langevin方程
2.4.2 Langevin算符的双时关联函数
2.4.3 Heisenberg-Langevin运动方程
2.5 EIT的全量子化描述
2.5.1 量子噪声对EIT介质中光子传播特性的影响
2.5.2 EIT中的量子噪声谱
2.5.3 基于EIT的量子存储
2.6 本章小结
第三章 电磁诱导透明和四波混频条件下的光子传播及其量子噪声抑制
3.1 引言
3.2 理论模型
3.3 电磁诱导透明和四波混频条件下光子的线性传播特性
3.4 抑制四波混频诱导的量子真空噪声
3.4.1 抑制快光模式
3.4.2 光场噪声谱的抑制
3.4.3 光子传播特性的优化
3.4.4 光场保真度的优化
3.5 本章小结
第四章 超冷里德堡原子中电磁诱导透明的瞬态光学响应特性研究
4.1 引言
4.2 基于两原子模型的瞬态光学响应特性
4.2.1 两原子模型介绍
4.2.2 两原子模型中里德堡EIT的瞬态光学响应
4.3 基于原子系综的瞬态光学响应特性
4.3.1 原子系综模型
4.3.2 原子系综中里德堡EIT的瞬态光学响应
4.4 本章小结
第五章 基于等离激元诱导透明的高效四波混频研究
5.1 引言
5.2 基于电磁诱导透明的原子四波混频及其在超颖材料中的经典类比
5.2.1 双A型四能级原子系统中基于电磁诱导透明的四波混频
5.2.2 类比于双A型四能级原子系统的超颖材料模型
5.3 基于等离激元诱导透明的类比四波混频
5.4 克尔非线性增强与高维非线性等离激元的实现
5.4.1 非线性包络方程与增强的克尔非线性
5.4.2 非线性高维矢量等离激元:Dromions
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究工作总结
6.2 拟开展的进一步工作
附录A 第二章的辅助材料
A.1 双时关联函数(2.30)的证明
A.2 傅里叶变换的说明
A.3 本文用到的Langevin算符双时关联函数
的具体形式"> A.4 光子数表达式(2.39)中的具体形式
附录B 第三章的辅助材料
B.1 各系数的具体表达式
B.2 多模单光子态入射下的保真度计算
附录C 第四章的辅助材料
C.1 瞬态响应过程中响应时间的定义
C.2 原子系综中单体和两体密度矩阵元的含时解
附录D 第五章的辅助材料
D.1 方程(5.18)中非线性系数的确定
D.2 四能级双A型原子系统的光学Bloch方程
D.3 q_(μj)和ε_(μj)的运动方程
D.4 双线性方法导出单Dromions解
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
本文编号：3180252
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 电磁诱导透明及其瞬态光学特性
1.3 基于电磁诱导透明和四波混频的量子存储
1.4 超冷里德堡原子系综中的电磁诱导透明
1.5 等离激元诱导透明
1.6 论文结构
第二章 三能级A型原子系统中电磁诱导透明的全量子理论描述
2.1 引言
2.2 电磁场的正则量子化
2.3 光与三能级原子系综相互作用的理论模型
2.4 光与原子系综相互作用的Heisenberg-Langevin运动方程
2.4.1 涨落耗散定理和量子Langevin方程
2.4.2 Langevin算符的双时关联函数
2.4.3 Heisenberg-Langevin运动方程
2.5 EIT的全量子化描述
2.5.1 量子噪声对EIT介质中光子传播特性的影响
2.5.2 EIT中的量子噪声谱
2.5.3 基于EIT的量子存储
2.6 本章小结
第三章 电磁诱导透明和四波混频条件下的光子传播及其量子噪声抑制
3.1 引言
3.2 理论模型
3.3 电磁诱导透明和四波混频条件下光子的线性传播特性
3.4 抑制四波混频诱导的量子真空噪声
3.4.1 抑制快光模式
3.4.2 光场噪声谱的抑制
3.4.3 光子传播特性的优化
3.4.4 光场保真度的优化
3.5 本章小结
第四章 超冷里德堡原子中电磁诱导透明的瞬态光学响应特性研究
4.1 引言
4.2 基于两原子模型的瞬态光学响应特性
4.2.1 两原子模型介绍
4.2.2 两原子模型中里德堡EIT的瞬态光学响应
4.3 基于原子系综的瞬态光学响应特性
4.3.1 原子系综模型
4.3.2 原子系综中里德堡EIT的瞬态光学响应
4.4 本章小结
第五章 基于等离激元诱导透明的高效四波混频研究
5.1 引言
5.2 基于电磁诱导透明的原子四波混频及其在超颖材料中的经典类比
5.2.1 双A型四能级原子系统中基于电磁诱导透明的四波混频
5.2.2 类比于双A型四能级原子系统的超颖材料模型
5.3 基于等离激元诱导透明的类比四波混频
5.4 克尔非线性增强与高维非线性等离激元的实现
5.4.1 非线性包络方程与增强的克尔非线性
5.4.2 非线性高维矢量等离激元:Dromions
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究工作总结
6.2 拟开展的进一步工作
附录A 第二章的辅助材料
A.1 双时关联函数(2.30)的证明
A.2 傅里叶变换的说明
A.3 本文用到的Langevin算符双时关联函数
的具体形式"> A.4 光子数表达式(2.39)中
B.1 各系数的具体表达式
B.2 多模单光子态入射下的保真度计算
附录C 第四章的辅助材料
C.1 瞬态响应过程中响应时间的定义
C.2 原子系综中单体和两体密度矩阵元的含时解
附录D 第五章的辅助材料
D.1 方程(5.18)中非线性系数的确定
D.2 四能级双A型原子系统的光学Bloch方程
D.3 q_(μj)和ε_(μj)的运动方程
D.4 双线性方法导出单Dromions解
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
本文编号：3180252
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3180252.html
