双腔QED系统中光子阻塞效应研究
发布时间：2021-07-29 20:23
光子作为信息的载体,在量子信息处理和量子通信等领域中,扮演着重要的角色。利用光子阻塞效应对光子的有效调控在量子信息处理与量子通信方面具有重要意义。而制备单光子源在理论,实验研究以及实际应用等方面有着至关重要的意义。因此如何找到一个合理的物理系统有效地实现对单光子源的调控非常关键。由于腔QED系统的优势比较明显,所以受到了广泛的关注。本文提出了两个方案实现单光子阻塞效应:在第一个方案中,我们考虑了一个复合双腔QED系统,利用薛定谔方程解析解的方法与数值模拟的方法计算光子的二阶关联函数,分析了腔内光子统计特性。结果表明通过减小辅助腔的有效衰减率和增加腔场与两能级原子之间的耦合强度,可以在系统中获得更好的光子阻塞现象。在第二个方案中,研究了 PT对称耦合腔QED光学系统中的非线性特性。我们通过解析解的方法求出了产生理想光子阻塞效应对应的最佳参数条件。此外,我们可以通过控制有源腔的增益、有源腔与无源腔之间的耦合强度、克尔系数、无源腔与原子之间的相互作用达到更好的光子阻塞效果。我们提出的两个方案都可以获得光子阻塞效应。此外,我们的优势在于利用辅助腔的干涉效应以及相关系统参数的调控实现了更好的光子...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?Ｊ－Ｃ模型示意图??
?第３章复合双腔ＱＥＤ系统中的光子阻塞???３．２系统和哈密顿量??受参考文献［％的启发，我们考虑一个模型研宄光子阻塞效应，如下图３．１所??示。在这个系统中有腔１和辅助腔２，其中腔１内耦合了一个两能级原子。??￡??—ａｔｏｍ?ｊ??ｇ?？????ｆ＇?ｆｉ??图３．１腔ＱＥＤ耦合一个两能级原子并与一个辅助腔耦合??腔１内的自由哈密顿量为，其中呌表示腔１的共振频率，和??％分别表示腔１的产生和煙灭算符。腔内原子的自由哈密顿量为仏＝叫＾，??其中？表示腔内原子的跃迁频率。辅助腔２的自由哈密顿量为／／２＝０２＜％，其??中０２表示辅助腔共振频率，＜和〇２分别表示辅助腔的产生和湮灭算符。原子与??腔１相互作用哈密顿量为＋〇？＿＜），腔１与辅助腔２的相互作用哈密顿量??为７（＾＋４＋ａｌ（３２＋），通过场驱动，则系统的哈密顿量可表示为：??Ｈ?＝?ｃｏｘａ［ａｘ?＋?ｃｏ２ａｌａ２?＋?ｃｏｃｃｊ＋ｇ＿??＋ｇ?（ｃＴ＋ａ，?＋?ｃｒ＿ａ＾?）?＋Ｊ?（ａ＾ａ２?＋?ａｘａ＾?）?（１３）??＋￡（ａ；ｅ－＾?＋〇＾＇）??其中，ｆ和叫分别表示驱动场强度和驱动频率，ｃ７＋＝｜ｅ＞＆｜和ｃｒ＿＝｜ｇ＞＜ｅ｜分别表??示腔内原子的上升和下降算符，ｇ表示腔１与原子的耦合强度，？／表示腔１与辅??助腔２之间的耦合强度。??为了研宄问题的方便，我们对哈密顿量做一个框架旋转，定义算符：??—?＾［０）Ｌｔａ＾ａｘ＋０）Ｌｔａ＾ａ２＋ｃ〇Ｌｔａ＊ｃｙ－＼?（１４）??ＩＴ?Ｔ＋??通过算符定义一个旋转操作／／＃?ｙ－，旋转后的哈密顿量为：??ａｔ??１１??
?第３章复合双腔ＱＥＤ系统中的光子阻塞???￡?二丄＂３ｇ２?＋２ｇＪ?＋?３Ｊ２?＋?士４?＋２０ｇ３Ｊ＋１４ｇ２Ｊ２＋４ｇ／７Ｆ?（２〇）??Ｖ２??少光子数能级图如图３．２所示，从图中我们可以看到在单光子态｜ｌＯｇ＞，??｜〇〇ｅ），?｜〇ｌｇ）被能量为２＾／ｊ２＋＜劈裂形成两个本征态。在双光子态｜２０ｇ），｜〇２ｇ〉，??｜１〇小?１?Ｏｌｇ）?＞?１１?＼ｇ）?２Ｊ３ｇ２?＋?２ｇＪ＋３Ｊ２?－?Ｊｇ４?＋?２０ｇＶ?＋?１４ｇ２?Ｊ２＋４ｇＪ３?＋?Ｊ４??／Ｗ和?２＞ｇ２?＋?２ｇＪ?＋?３Ｊ２?＋?＾／ｊ４?＋?２０ｇＶ?＋１４ｇ２／２?＋４ｇＪ３?＋Ｊ４?／ＶＩ劈裂形成四个本??征态。除此之外，在能级图中还可以发现共振吸收一个光子的频率Ａ±＾／２＋ｇ２??达到单光子态｜１±＞由于能级的失谐阻塞了吸收第二个光子的频率。??“?／???／??Ｖ２?■－－??／ｙ???厂，Ａ?＋２ｇ／＋Ｖ２?￣＾ｇＡ?＋２０ｇ－Ｖ＋１４ｇＶ：４４＾??］２０ｇ）Ｖ２ｇ?｜ｌ〇ｇ）?ｔ?＋?／?．??２Ａ?＊＊?一＼?一?２Ａ?乓?＾?＾３ｇ？＋２ｇ／＋３／２－＾４＋２＾Ｖ＋ｉｙ／＾ｇ／＋／??ｌ０２＾）＾！１１＾）＾！０１２）?＼?ｕｍｓｍ??ｒ?＾?＾３ｇ：＋２ｇ／＋ａ／：＋１／ｇ４４－ａ）ｇＶ＋ｉ％：ｊ：＋４ｇ＾＋／??ｌ〇〇ｇ）?ＩＩ?，??图３．２零光子态，单光子态和双光子态的能级图??为了观测光子阻塞，我们用二阶关联函数描述光子的统计性质，其定义为：??＞?（ａ＋ａ＋ａａ）?Ｓｎ（／１?＾）Ｐ＞＾??ｇ?）（°）＝?；?＋?＇２?－￣７?＾?（２１）??〈“〉??Ｖ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Auxiliary-cavity-assisted vacuum Rabi splitting of a semiconductor quantum dot in a photonic crystal nanocavity[J]. HUA-JUN CHEN. Photonics Research. 2018(12)
[2]量子信息科学在中国科学技术大学的兴起和发展[J]. 郭光灿. 物理. 2008(08)
[3]量子通信与量子计算[J]. 苏晓琴,郭光灿. 量子电子学报. 2004(06)
[4]量子态远程传送的实验实现[J]. 潘建伟,安东·塞林格. 物理. 1999(10)
博士论文
[1]量子关联及量子开放系统量子特性的理论研究[D]. 武少雄.大连理工大学 2015
本文编号：3309995
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?Ｊ－Ｃ模型示意图??
?第３章复合双腔ＱＥＤ系统中的光子阻塞???３．２系统和哈密顿量??受参考文献［％的启发，我们考虑一个模型研宄光子阻塞效应，如下图３．１所??示。在这个系统中有腔１和辅助腔２，其中腔１内耦合了一个两能级原子。??￡??—ａｔｏｍ?ｊ??ｇ?？????ｆ＇?ｆｉ??图３．１腔ＱＥＤ耦合一个两能级原子并与一个辅助腔耦合??腔１内的自由哈密顿量为，其中呌表示腔１的共振频率，和??％分别表示腔１的产生和煙灭算符。腔内原子的自由哈密顿量为仏＝叫＾，??其中？表示腔内原子的跃迁频率。辅助腔２的自由哈密顿量为／／２＝０２＜％，其??中０２表示辅助腔共振频率，＜和〇２分别表示辅助腔的产生和湮灭算符。原子与??腔１相互作用哈密顿量为＋〇？＿＜），腔１与辅助腔２的相互作用哈密顿量??为７（＾＋４＋ａｌ（３２＋），通过场驱动，则系统的哈密顿量可表示为：??Ｈ?＝?ｃｏｘａ［ａｘ?＋?ｃｏ２ａｌａ２?＋?ｃｏｃｃｊ＋ｇ＿??＋ｇ?（ｃＴ＋ａ，?＋?ｃｒ＿ａ＾?）?＋Ｊ?（ａ＾ａ２?＋?ａｘａ＾?）?（１３）??＋￡（ａ；ｅ－＾?＋〇＾＇）??其中，ｆ和叫分别表示驱动场强度和驱动频率，ｃ７＋＝｜ｅ＞＆｜和ｃｒ＿＝｜ｇ＞＜ｅ｜分别表??示腔内原子的上升和下降算符，ｇ表示腔１与原子的耦合强度，？／表示腔１与辅??助腔２之间的耦合强度。??为了研宄问题的方便，我们对哈密顿量做一个框架旋转，定义算符：??—?＾［０）Ｌｔａ＾ａｘ＋０）Ｌｔａ＾ａ２＋ｃ〇Ｌｔａ＊ｃｙ－＼?（１４）??ＩＴ?Ｔ＋??通过算符定义一个旋转操作／／＃?ｙ－，旋转后的哈密顿量为：??ａｔ??１１??
?第３章复合双腔ＱＥＤ系统中的光子阻塞???￡?二丄＂３ｇ２?＋２ｇＪ?＋?３Ｊ２?＋?士４?＋２０ｇ３Ｊ＋１４ｇ２Ｊ２＋４ｇ／７Ｆ?（２〇）??Ｖ２??少光子数能级图如图３．２所示，从图中我们可以看到在单光子态｜ｌＯｇ＞，??｜〇〇ｅ），?｜〇ｌｇ）被能量为２＾／ｊ２＋＜劈裂形成两个本征态。在双光子态｜２０ｇ），｜〇２ｇ〉，??｜１〇小?１?Ｏｌｇ）?＞?１１?＼ｇ）?２Ｊ３ｇ２?＋?２ｇＪ＋３Ｊ２?－?Ｊｇ４?＋?２０ｇＶ?＋?１４ｇ２?Ｊ２＋４ｇＪ３?＋?Ｊ４??／Ｗ和?２＞ｇ２?＋?２ｇＪ?＋?３Ｊ２?＋?＾／ｊ４?＋?２０ｇＶ?＋１４ｇ２／２?＋４ｇＪ３?＋Ｊ４?／ＶＩ劈裂形成四个本??征态。除此之外，在能级图中还可以发现共振吸收一个光子的频率Ａ±＾／２＋ｇ２??达到单光子态｜１±＞由于能级的失谐阻塞了吸收第二个光子的频率。??“?／???／??Ｖ２?■－－??／ｙ???厂，Ａ?＋２ｇ／＋Ｖ２?￣＾ｇＡ?＋２０ｇ－Ｖ＋１４ｇＶ：４４＾??］２０ｇ）Ｖ２ｇ?｜ｌ〇ｇ）?ｔ?＋?／?．??２Ａ?＊＊?一＼?一?２Ａ?乓?＾?＾３ｇ？＋２ｇ／＋３／２－＾４＋２＾Ｖ＋ｉｙ／＾ｇ／＋／??ｌ０２＾）＾！１１＾）＾！０１２）?＼?ｕｍｓｍ??ｒ?＾?＾３ｇ：＋２ｇ／＋ａ／：＋１／ｇ４４－ａ）ｇＶ＋ｉ％：ｊ：＋４ｇ＾＋／??ｌ〇〇ｇ）?ＩＩ?，??图３．２零光子态，单光子态和双光子态的能级图??为了观测光子阻塞，我们用二阶关联函数描述光子的统计性质，其定义为：??＞?（ａ＋ａ＋ａａ）?Ｓｎ（／１?＾）Ｐ＞＾??ｇ?）（°）＝?；?＋?＇２?－￣７?＾?（２１）??〈“〉??Ｖ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Auxiliary-cavity-assisted vacuum Rabi splitting of a semiconductor quantum dot in a photonic crystal nanocavity[J]. HUA-JUN CHEN. Photonics Research. 2018(12)
[2]量子信息科学在中国科学技术大学的兴起和发展[J]. 郭光灿. 物理. 2008(08)
[3]量子通信与量子计算[J]. 苏晓琴,郭光灿. 量子电子学报. 2004(06)
[4]量子态远程传送的实验实现[J]. 潘建伟,安东·塞林格. 物理. 1999(10)
博士论文
[1]量子关联及量子开放系统量子特性的理论研究[D]. 武少雄.大连理工大学 2015
本文编号：3309995
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