量子光學(xué)重點(diǎn)整理

1、一、量子調(diào)控的途徑：外場(chǎng)調(diào)控（振幅、相位、啁啾及形狀等手段調(diào)控）和結(jié)構(gòu)調(diào)控（利用材料的結(jié)構(gòu)特征調(diào)控，比如原子、分子及半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)等）； 量子干涉與相干現(xiàn)象：激光誘導(dǎo)原子態(tài)相干，導(dǎo)致了介質(zhì)不同激發(fā)通道間的量子干涉。從而可操控介質(zhì)的光學(xué)特性。 經(jīng)典相干導(dǎo)致原子相干 經(jīng)典干涉導(dǎo)致量子干涉量子化的基本思想：找出描述經(jīng)典場(chǎng)的一組完備的正則“坐標(biāo)”和 “動(dòng)量”，然后把它們視為相應(yīng)的算符，滿足正則坐標(biāo)和正則動(dòng)量的對(duì)易式，從而使其量子化。粒子數(shù)算符的本征態(tài)就是FOCK態(tài)。Fock表象也叫占有數(shù)表象 能量表象二、相干態(tài)的三種定義：1，湮滅算符的本征態(tài)2. 相干態(tài)是位移算符作用在真空態(tài)上得來的，是諧振子基態(tài)的位移

2、形式。3. 光子數(shù)態(tài)的分解：相干態(tài)的性質(zhì)：1. 粒子數(shù)分布是泊松分布 相干態(tài)下的光子的平均數(shù)目2. 相干態(tài)是最小不確定態(tài)3.4. 相干態(tài)并非正交系5. 相干態(tài)是光場(chǎng)正頻部分（湮滅算符）的本征態(tài)，具有和真空態(tài)一樣的最小測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系。6. 相干態(tài)的相干度是1.壓縮態(tài)：相干態(tài)時(shí)：FOCK態(tài)時(shí)：壓縮算子：壓縮相干態(tài)：雙光子想干態(tài)一、實(shí)現(xiàn)光學(xué)壓縮態(tài)的基本條件1、 有合適的機(jī)制，對(duì)光強(qiáng)或光場(chǎng)的振幅的起伏進(jìn)行抑制；2、 有合適的對(duì)相位靈敏的放大機(jī)制，使得被壓縮的光場(chǎng)分量放大，而另一個(gè)分量衰減。實(shí)現(xiàn)光學(xué)壓縮態(tài)的實(shí)驗(yàn)途徑1、四波混頻產(chǎn)生光學(xué)壓縮態(tài)2.用光學(xué)參量振蕩實(shí)現(xiàn)壓縮態(tài)的實(shí)驗(yàn)三、壓縮態(tài)光的應(yīng)用1）.減小光通訊

3、中的噪聲，大大提高信噪比2）.引力波檢測(cè)3）.激光光譜海森堡繪景下的薛定諤方程：二能級(jí)近似：電偶極近似：旋轉(zhuǎn)波近似：旋轉(zhuǎn)波近似的全量子理論理解：慢變振幅近似：絕熱近似：在求解某一耦合微分方程組時(shí)，如果某些物理量的變化與其它的相比變化非常緩慢，那么在其求解過程中，第一步可以把變化緩慢的物理量看作常數(shù)，求其穩(wěn)態(tài)解，然后將其代入慢變的物理量方程中。 此過程稱為絕熱消除或絕熱近似。用半經(jīng)典理論處理光與原子相互作用時(shí)，兩種方法是：幾率幅方法與密度矩陣方法 對(duì)比：幾率幅方法：相應(yīng)的薛定諤方程 幾率幅方程：三種理論：量子理論，自發(fā)輻射理論，密度矩陣?yán)碚撁芏染仃嚴(yán)碚摚喊祽B(tài)：在一定條件下，所有的粒子都布居在基態(tài)

4、|1>和|2>的疊加態(tài)上；原子不再吸收光子，激發(fā)態(tài)上沒有布居出現(xiàn)。因此激發(fā)態(tài)就沒有熒光可被探測(cè)，這就是為什么定義暗態(tài)或者暗共振的原因。雙暗態(tài)：系統(tǒng)在一定條件下同時(shí)存在兩個(gè)暗態(tài)或者在不同條件下有兩個(gè)不同的暗態(tài)。與單個(gè)暗態(tài)相比較,系統(tǒng)的雙暗態(tài)特性引起了不同的物理現(xiàn)象，拓展了基于暗態(tài)的物理研究領(lǐng)域，也賦予了量子調(diào)控更高的可控度。暗態(tài)的相關(guān)應(yīng)用：電磁感應(yīng)透明/相干布居捕獲；原子頻標(biāo)；群速度減慢；光學(xué)延遲器；絕熱布居轉(zhuǎn)移/疊加態(tài)的制備；量子存儲(chǔ)與釋放、量子信息；原子局域化、電磁誘導(dǎo)光柵；原子冷卻；電磁誘導(dǎo)負(fù)折射率材料的產(chǎn)生；想干粒子數(shù)捕獲：所有粒子全部被捕獲在兩個(gè)低能級(jí)上，由于激發(fā)態(tài)上沒有粒

5、子，介質(zhì)對(duì)光場(chǎng)沒有吸收。相干布居捕獲(CPT)個(gè)重要的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)絕熱布居遷移絕熱條件：如果系統(tǒng)哈密頓量隨時(shí)間變化非常緩慢，則仍可近似將 視為系統(tǒng)定態(tài)波函數(shù)，這要求非對(duì)角元很小，并且其他態(tài)上的粒子可以忽略（ ），即絕熱極限。 為定態(tài)則需要求（絕熱條件）需要注意的是這里得出的絕熱條件是對(duì)系統(tǒng)相干哈密頓量的演化而言的，如果系統(tǒng)有馳豫，則絕熱條件要進(jìn)行修正。二能級(jí)系統(tǒng)中的絕熱過程：絕熱條件又可表示成等式右邊表示脈沖的面積。由于絕熱過程要求是一個(gè)小量，即 ，所以絕熱條件又可以簡單表示成 ?？梢?，絕熱條件要求大的脈沖面積。實(shí)際中，一般面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10才能實(shí)現(xiàn)有效的布居反轉(zhuǎn)。受激拉曼絕熱過程：三能級(jí)系統(tǒng)中的絕

6、熱過程可以導(dǎo)致很多有趣的現(xiàn)象，如受激拉曼絕熱過程等等。各參量對(duì)受激拉曼絕熱跟隨技術(shù)的影響：兩脈沖之間的延遲；（最佳延遲時(shí)間：混合角的變化要緩慢，一般要依賴于脈沖的形狀。）兩脈沖的拉比頻率及脈沖寬度；（兩脈沖峰值Rabi頻率和脈寬都相等。）單光子失諧；（當(dāng)單光子共振滿足時(shí)，受激拉曼絕熱跟隨技術(shù)的絕熱性處于最佳狀態(tài)；隨著單光子失諧的增加，絕熱條件破壞得越厲害，導(dǎo)致轉(zhuǎn)移效率的降低。）雙光子失諧；（要在三能級(jí)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)絕熱布居轉(zhuǎn)移，雙光子共振是必須滿足的條件。）中間激發(fā)態(tài)的衰減。（當(dāng)絕熱極限滿足時(shí)，粒子不會(huì)在中間激發(fā)態(tài)上布居。其上的衰減對(duì)布居轉(zhuǎn)移的實(shí)現(xiàn)沒有任何破壞作用。但是，如果中間激發(fā)態(tài)的衰減特別強(qiáng)

7、，那么絕熱條件的滿足需要更強(qiáng)的脈沖場(chǎng)強(qiáng)度來維持。）電磁感應(yīng)透明（EIT） 以典型的三能級(jí)型原子系統(tǒng)為例，當(dāng)一個(gè)弱的探測(cè)場(chǎng)和一個(gè)強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)與該系統(tǒng)共同作用，在雙光子共振條件下兩條躍遷途徑的干涉相消導(dǎo)致原本不透明的介質(zhì)表現(xiàn)出了透明特性，介質(zhì)對(duì)探測(cè)場(chǎng)既不吸收也不色散，同時(shí)介質(zhì)的折射率性質(zhì)也發(fā)生了顯著變化，這就是所謂的電磁感應(yīng)透明現(xiàn)象。電磁感應(yīng)透明是指通過外加控制場(chǎng)與吸收介質(zhì)相互作用，使得介質(zhì)對(duì)探測(cè)場(chǎng)的吸收發(fā)生改變，透射率增加甚至完全透明。電磁感應(yīng)透明源于躍遷通道之間的干涉作用，當(dāng)探測(cè)光與控制光滿足雙光子共振時(shí)，由于兩條通道的躍遷幾率反號(hào)而產(chǎn)生干涉相消。兩個(gè)低能級(jí)之間的退相對(duì)電磁感應(yīng)透明效應(yīng)有較大影響。電磁感應(yīng)透明的條件; 探測(cè)光脈沖的EIT條件：即為絕熱跟隨的條件?？梢妼?duì)于脈沖式探測(cè)光，其EIT條件與絕熱跟隨條件是一致的。實(shí)現(xiàn)慢光的方法 電磁感應(yīng)透明群速度和線性極化率的關(guān)系群速度與實(shí)部的一階導(dǎo)數(shù)直接有關(guān)，在色散