量子光學重點整理

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上一、量子調控的途徑：外場調控（振幅、相位、啁啾及形狀等手段調控）和結構調控（利用材料的結構特征調控，比如原子、分子及半導體微結構等）； 量子干涉與相干現(xiàn)象：激光誘導原子態(tài)相干，導致了介質不同激發(fā)通道間的量子干涉。從而可操控介質的光學特性。 經典相干導致原子相干 經典干涉導致量子干涉量子化的基本思想：找出描述經典場的一組完備的正則“坐標”和 “動量”，然后把它們視為相應的算符，滿足正則坐標和正則動量的對易式，從而使其量子化。粒子數算符的本征態(tài)就是FOCK態(tài)。Fock表象也叫占有數表象 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

2、得來的，是諧振子基態(tài)的位移形式。3. 光子數態(tài)的分解：相干態(tài)的性質：1. 粒子數分布是泊松分布 相干態(tài)下的光子的平均數目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)一樣的最小測不準關系。6. 相干態(tài)的相干度是1.壓縮態(tài)：相干態(tài)時：FOCK態(tài)時：壓縮算子：壓縮相干態(tài)：雙光子想干態(tài)一、實現(xiàn)光學壓縮態(tài)的基本條件1、 有合適的機制，對光強或光場的振幅的起伏進行抑制；2、 有合適的對相位靈敏的放大機制，使得被壓縮的光場分量放大，而另一個分量衰減。實現(xiàn)光學壓縮態(tài)的實驗途徑1、四波混頻產生光學壓縮態(tài)2.用光學參量振蕩實現(xiàn)壓縮態(tài)的實驗三、壓縮

3、態(tài)光的應用1）.減小光通訊中的噪聲，大大提高信噪比2）.引力波檢測3）.激光光譜海森堡繪景下的薛定諤方程：二能級近似：電偶極近似：旋轉波近似：旋轉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，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，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。用半經典理論處理光與原子相互作用時，兩種方法是：幾率幅方法與密度矩陣方法 對比：幾率幅方法：相應的薛定諤方程 幾率幅方程：三種理論：量子理論，自發(fā)輻射理論，密度矩陣理論密度矩陣理論：暗態(tài)：在一定條件

4、下，所有的粒子都布居在基態(tài)|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，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)在一定條件下同時存在兩個暗態(tài)或者在不同條件下有兩個不同的暗態(tài)。與單個暗態(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)的物理研究領域，也賦予了量子調控更高的可控度。暗態(tài)的相關應用：電磁感應透明/相干布居捕獲；原子頻標；群速度減慢；光學延遲器；絕熱布居轉移/疊加態(tài)的制備；量子存儲與釋放、量子信息；原子局域化、電磁誘導光柵；原子冷卻；電磁誘導負折射率材料的產生；想干粒子數捕獲：所有粒子全部被捕獲在兩個低能級上，由于激發(fā)

5、態(tài)上沒有粒子，介質對光場沒有吸收。相干布居捕獲(CPT)個重要的應用實現(xiàn)絕熱布居遷移絕熱條件：如果系統(tǒng)哈密頓量隨時間變化非常緩慢，則仍可近似將 視為系統(tǒng)定態(tài)波函數，這要求非對角元很小，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，則絕熱條件要進行修正。二能級系統(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小量，即 ，所以絕熱條件又可以簡單表示成 ?？梢姡^熱條件要求大的脈沖面積。實際中，一般面積遠遠大于10才能實現(xiàn)有效的布居反轉。受激拉曼絕熱過程：三能級

6、系統(tǒng)中的絕熱過程可以導致很多有趣的現(xiàn)象，如受激拉曼絕熱過程等等。各參量對受激拉曼絕熱跟隨技術的影響：兩脈沖之間的延遲；（最佳延遲時間：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；（當單光子共振滿足時，受激拉曼絕熱跟隨技術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，導致轉移效率的降低。）雙光子失諧；（要在三能級系統(tǒng)中實現(xiàn)絕熱布居轉移，雙光子共振是必須滿足的條件。）中間激發(fā)態(tài)的衰減。（當絕熱極限滿足時，粒子不會在中間激發(fā)態(tài)上布居。其上的衰減對布居轉移的實現(xiàn)沒有任何破壞作用。但是，如果中間激發(fā)態(tài)的

7、衰減特別強，那么絕熱條件的滿足需要更強的脈沖場強度來維持。）電磁感應透明（EIT） 以典型的三能級型原子系統(tǒng)為例，當一個弱的探測場和一個強的驅動場與該系統(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致原本不透明的介質表現(xiàn)出了透明特性，介質對探測場既不吸收也不色散，同時介質的折射率性質也發(fā)生了顯著變化，這就是所謂的電磁感應透明現(xiàn)象。電磁感應透明是指通過外加控制場與吸收介質相互作用，使得介質對探測場的吸收發(fā)生改變，透射率增加甚至完全透明。電磁感應透明源于躍遷通道之間的干涉作用，當探測光與控制光滿足雙光子共振時，由于兩條通道的躍遷幾率反號而產生干涉相消。兩個低能級之間的退相對電磁感應透明效應有較大影響。電磁感應透明的條件; 探測光脈沖的EIT條件：即為絕熱跟隨的條件?？梢妼τ诿}沖式探測光，其EIT條件與絕熱跟隨條件是一致的。實現(xiàn)慢光的方法 電磁感應透明群速度和線性極化率的關系群速度與實部的一階導數直接有關，在色散曲線圖上表現(xiàn)為E