強度任意空間分布對多態(tài)疊加多模泛函疊加光場高次壓縮特性的影響.pdf

1、本文構造了經典強度、經典振幅和經典相位具有任意空間分布的非對稱四態(tài)、五態(tài)和九態(tài)等多態(tài)疊加多模泛函相干態(tài)的疊加態(tài)光場，利用新近建立的多模壓縮態(tài)理論，系統(tǒng)研究了上述三種不同的多態(tài)疊加多模泛函疊加態(tài)光場的廣義非線性等冪次與不等冪次高次壓縮特性，由此獲得了一系列不同于現(xiàn)有報道的新的結果和結論。本文的主要工作內容和研究結果如下： 1.給出了多模泛函相干態(tài)及其相反態(tài)、多模復共軛泛函相干態(tài)及其相反態(tài)、多模泛函虛相干態(tài)及其相反態(tài)、多模泛函虛共軛

2、相干態(tài)及其相反態(tài)這八個不同的多模光場的光子湮滅算符本征態(tài)的解析表達式；從理論上證明：上述八個不同的多模泛函相干態(tài)具有非正交性和超完備性，其光子統(tǒng)計分布都符合泊松分布，并能夠反映實際激光場經典強度、經典振幅和經典相位的空間分布特征。 2.根據(jù)量子力學中的態(tài)疊加原理，構造了由多模泛函相干態(tài)和多模復共軛泛函相干態(tài)及其相反態(tài)所組成的非對稱四態(tài)疊加多模泛函疊加態(tài)光場|ψ(4)(fj)〉q。給出了利用雙孔光網絡廣義M-Z干涉儀裝置制備態(tài)|ψ

3、(4)(fj)〉q以及利用雙孔光網絡廣義M-Z干涉儀制備多模壓縮態(tài)光場的理論方案。利用多模壓縮態(tài)理論，研究了態(tài)|ψ(4)(fj)〉q的廣義非線性等冪次高次振幅壓縮特性、等冪次高次和壓縮特性、不等冪次高次振幅壓縮特性以及不等冪次高次和壓縮特性。結果發(fā)現(xiàn)：(1)態(tài)|ψ(4)(fj)〉q是一種典型的多模非經典光場，它在一定條件下可分別呈現(xiàn)出廣義非線性等冪次與不等冪次高次振幅壓縮效應、高次和壓縮效應等等；(2)導致態(tài)|ψ(4)(fj)〉q呈現(xiàn)上

4、述高次壓縮現(xiàn)象的根本原因，就在于態(tài)|ψ(4)(fj)〉q中各組分之間的態(tài)間量子干涉現(xiàn)象、模間量子干涉現(xiàn)象、模間的多光子量子糾纏現(xiàn)象、態(tài)|ψ(4)(fj)〉q中不同宏觀量子態(tài)之間的量子糾纏現(xiàn)象以及模間和態(tài)間的混合量子糾纏現(xiàn)象。這些量子干涉效應和量子糾纏行為使疊加態(tài)中各不同量子態(tài)之間以及各不同縱模之間產生競爭效應，其結果導致了各模的經典初紿相位、態(tài)間的初始相位差等分別呈現(xiàn)出了各自的經典與非經典量子關聯(lián)特性，最終導致了光場壓縮現(xiàn)象的產生；(3

5、)光場經典強度、經典振幅和經典初始相位的任意空間分布特征對態(tài)|ψ(4)(fj)〉q的廣義非線性等冪次與不等冪次高次壓縮現(xiàn)象的壓縮程度、壓縮深度和壓縮幅度等具有直接影響。從而表明：多模壓縮態(tài)等非經典光場具有一定的空間結構和空間分布，并且這種分布在空間是非均勻、非線性和各向異性的。 3.通過數(shù)值計算與數(shù)值模擬，研究了光場經典強度和經典振幅分別具有基模圓高斯分布特征、低階模厄密一圓高斯分布特征和基模橢圓高斯分布特征時態(tài)|ψ(4)(fj

6、)〉q的上述壓縮特性的空間分布情況，由此獲得了一些具有重要理論價值的新的結果和結論。這些研究結果，對于研究均勻加寬和非均勻加寬介質、非鎖模多波長穩(wěn)態(tài)連續(xù)輸出激光器所發(fā)出的多縱模激光場經非線性介質后其光場的廣義非線性等冪次與不等冪次高次壓縮特性，具有實際的指導意義。特別是，對于在實驗當中利用光場經典強度和經典振幅具有空間高斯分布特征的高斯激光束(衍射光束)或者其它無衍射光束(例如，COS光束)來產生和制備多模壓縮態(tài)光場方面的實驗技術探索工

7、作，具有一定的指導作用。 4.構造了態(tài)|ψ(4)(fj)〉2q，利用多模壓縮態(tài)理論，研究了態(tài)|ψ(4)(fj)〉2q的廣義非線性等冪次高次差壓縮特性。從理論上證明：若構成態(tài)|ψ(4)(fj)〉2q的各個量子態(tài)是雙模光場，則其第一和第二這兩個正交相位分量可呈現(xiàn)互補對稱的一次方差壓縮效應；經進一步理論分析及數(shù)值運算發(fā)現(xiàn)，當腔?？倲?shù)大于2(q大于1)或壓縮次數(shù)N大于1時，態(tài)|ψ(4)(fj)〉2q始終不呈現(xiàn)差壓縮效應；這是一個獨特的物

8、理現(xiàn)象，尚有待于進一步的理論分析和實驗驗證。 5.構造了真空場注入強度不等的非對稱五態(tài)疊加多模泛函疊加態(tài)光場|ψ(5)vas(fj)〉q。給出了利用雙孔光網絡廣義M-Z干涉儀裝置制備態(tài)|ψ(5)vas(fj)〉q的一種理論方案。利用多模壓縮態(tài)理論，對態(tài)|ψ(5)vas(fj)〉q的廣義非線性等冪次高次振幅壓縮特性進行了詳細研究。結果發(fā)現(xiàn)：在適當?shù)臈l件下，相對于態(tài)|ψ(4)(fj)〉q而言，真空場注入可使光場的壓縮幅度增大、壓縮程