光与原子协同量子操控研究

发布时间:2018-10-19 19:42
【摘要】:在过去的二十年里,人们为了提高非线性转换,把研究目光转移到与光场发生相互作用的原子介质上,通过光与原子协同作用来制备原子系统的量子相干实现增强非线性效应。光与原子协同作用的方式有很多,比如通过电磁感应透明过程制备的原子相干实现了效率较高的频率转换。同样,通过拉曼过程制备原子自旋波也实现了原子的量子相干,原子自旋波因为其在量子信息过程中应用的潜力吸引了很多的研究目光。近来采用原子自旋波作为“种子波”参与拉曼散射过程的方案,实现了有效增强拉曼频率转换。并且还在实验上实现了相干反馈的情形下实现高效率的拉曼转换,而且泵浦光为脉冲和连续两种模式下均实现了斯托克斯光场高达50%的转换效率和反斯托克斯光场30%的转换效率。同时围绕拉曼过程具备高转换的特点,在量子精密测量方面也有着应用。我们所进行的研究内容和结果如下:1:在较低光强情形下通过相干反馈拉曼过程可以实现有效的拉曼频率转换,我们建立和推导了一种理论模型去描述这个增强拉曼过程-相干反馈关联增强拉曼散射(cascade-CERS)。这个拉曼散射过程通过注入原子自旋波以及斯托克斯光作为“种子”光场,并且原子自旋波以及斯托克斯光相关联。此过程能够不断被重复而使得拉曼转换持续增强直至饱和。因为简单地可操作性,这样的一个增强拉曼散射过程将会在量子信息、非线性光学和光学计量等方面有着更深入的应用研究。2:光与原子自旋波间的量子关联可以被用来组成SU(1,1)混合型干涉仪。在这种新型的SU(1,1)型光学干涉仪中,干涉仪的一支臂将被原子自旋波所代替。在干涉仪中,相位敏感的探测不仅包括光场,也包括原子自旋波。对于相干压缩态作为相位敏感场输入时,在合适的条件下相位灵敏度可以达到海森堡量子极限。我们也研究了斯托克斯光场传播损耗和原子自旋波的失相对相位灵敏度的影响。这种这种光-原子关联SU(1,1)混合型干涉仪提供了一种精密测量的不同方法,成为一种非线性干涉仪有效的补充。
[Abstract]:In the past two decades, in order to improve the nonlinear transformation, people have turned their attention to the atomic medium which interacts with the light field, and the quantum coherence of atomic system has been prepared by the cooperation of light and atom to realize the enhancement of nonlinear effect. There are many ways for the interaction between light and atom, such as the efficient frequency conversion of atomic coherence produced by electromagnetic induction transparency process. In the same way, the atomic spin waves are produced by Raman process to realize the quantum coherence of atoms. The atomic spin waves have attracted a lot of attention because of their potential application in quantum information processes. Recently, the atomic spin wave is used as the "seed wave" to participate in the Raman scattering process, which realizes the effective enhancement of Raman frequency conversion. And the Raman conversion is realized in the case of coherent feedback. The conversion efficiency of Stokes field and anti-Stokes field is 50% and 30% respectively. At the same time, the Raman process has the characteristics of high conversion, and has been used in quantum precision measurement. The results are as follows: 1. In the case of low light intensity, we can realize effective Raman frequency conversion by coherent feedback Raman process. We establish and deduce a theoretical model to describe the enhanced Raman process-coherent feedback correlation enhanced Raman scattering (cascade-CERS). This Raman scattering process is performed by injecting atomic spin waves and Stokes light as "seed" light fields, and the atomic spin waves and Stokes light are associated with each other. This process can be repeated continuously, so that the Raman conversion continues to enhance until saturation. Because it's easy to operate, such an enhanced Raman scattering process would be in quantum information, The quantum correlation between light and atomic spin waves can be used to form a SU (1 / 1) hybrid interferometer. In this new type of SU (1t1) optical interferometer, one arm of the interferometer will be replaced by atomic spin waves. In interferometers, phase-sensitive detection includes not only light fields, but also atomic spin waves. For the coherent squeezed state as the input of the phase sensitive field, the phase sensitivity can reach the Heisenberg quantum limit under suitable conditions. We also study the effects of Stokes field propagation loss and the loss of phase sensitivity of atomic spin waves. The optoatomic correlation SU (1t1) hybrid interferometer provides different methods for precise measurement and is an effective supplement to a nonlinear interferometer.
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O413.1

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本文编号:2282164

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