相互作用原子系统中的关联研究

发布时间：2021-08-11 14:53

　　在真空中传播的光子之间极难发生相互作用,光在传播中的这种特性,加上足够高的频率和大带宽,使得光信号成为远距离通信的首选媒介。然而,有时候信息的处理需要信号之间某种形式的相互作用,这种相互作用往往可以通过非线性光学处理来实现。上个世纪70年代,人们发现,光场可以在非线性光学介质中相互作用。但在相同光功率下,传统材料的非线性与单个光子的非线性相比可以忽略不计。因此,在降低光功率或脉冲能量的同时来实现非线性效应就成为一个长期的目标,这种极限下的研究被称为量子非线性光学。量子非线性光学的实现,可以改善经典非线性器件的性能,例如,能够实现快速节能的光学晶体管,从而避免生热。此外,由单光子控制的非线性开关可以实现光学量子信息处理、量子通信,以及其他依赖于非经典光场的产生和操纵的应用。产生单光子水平的光学非线性手段有很多种,例如:腔与单原子进行耦合、将光子映射到原子系综中、原子-原子相互作用等,这些系统表现出很强的光子-光子相互作用,具有许多独特的应用。本论文中,我们采取原子-原子相互作用系统,摈弃了光腔,通过利用里德堡原子之间强烈的长程相互作用来实现单个光子之间的强非线性效应。具体研究集中在第三和... 

【文章来源】：长春大学吉林省

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

一些早期发展的时间表

71211ddi30314dddndnVRrrrrrrr（2-5）这里nR/Rrr，idr是原子i的电偶极算符。我们用|，|，...代表单个原子的本征态，对应的本征能量为E，E，...(代表量子数,,,jnljm)。在没有相互作用的时候，双原子系统的本征态可写为双态|||，其能量可表示为EEE。我们的目标是计算（2-5）式的微扰对这些双态的影响。根据具体情况，可获得三种机制（如图2-1所示）图2-1两个里德堡原子之间的各种相互作用[37]。两个不同的里德堡态|和|之间的(a)范德瓦尔斯机制。(b)Frster共振机制。(c)共振偶极-偶极相互作用机制。(a)范德瓦尔斯机制。我们首先假设这两个原子制备在相同的态|上。通常情况下，双态|不会随着其他任意双态而简并（图2-1(a)），典型的分裂是几GHz，因此我们使用非简并微扰理论。对于一阶，没有能量位移，由于idr是奇宇称算符且原子态|有确定的宇称，在|中ddiV的平均值为零。因此由二阶微扰理论给出能量位移：2ddi,,VEEE（2-6）这里求和符号代表所有偶极耦合到|的态。在ddiV中是二阶的，随距离变化的尺度是61/R，简单来说就是范德瓦尔斯相互作用。由于（2-6）中的分子与偶极矩的四次方成正比，所以它的尺度为8n；分母是相邻双态之间的能量差，尺度为31/n。因此，系数6C随着n的增加而急剧增加，尺度为11n。对于一个原子数目N2的系统，范德瓦尔斯相互作用的影响往往是成对相加

9其中系数3C是在|和|之间的两个偶极算符矩阵元的乘积，因此尺度为4n。图2-2在不同的机制下测量里德堡原子间的相互作用随距离的变化。原子间距离为R，原子间相对位移方向和外加电场方向平行。圆点为实测值，实线为理论值[37]。通过一系列的实验使我们能够详细地探索里德堡原子之间各种类型的相互作用的空间依赖性，它们既是距离的函数（图2-2），也是角度的函数[9,15]（图2-3）。理论和实验之间有很好的一致性，这表明，我们已经在实验上实现了对单个原子激发到里德堡态的精确控制，更进一步，我们可将这种研究扩展到更大数量的原子系统中去。图2-3两个里德堡原子间相互作用的角度依赖性[37]。原子间相对位移方向和外加电场方向之间的角度为。（a）在3/2nD中，两个原子之间的范德瓦尔斯相互作用表现出明显的各向异性。（b）在1nS/2中各向同性。（c）在Frster共振下，相互作用显示偶极-偶极相互作用(实线)的特征角模式213cos。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Parametric amplification of Rydberg six- and eight-wave mixing processes[J]. ZHAOYANG ZHANG,JI GUO,BINGLING GU,LING HAO,GAOGUO YANG,KUN WANG,YANPENG ZHANG.  Photonics Research. 2018(07)



本文编号：3336360