腔中原子壽命分布的理論研究.pdf

1、高激發(fā)Rydberg原子具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，例如對(duì)外界環(huán)境的敏感性，較大的原子半徑等，使其可以作為研究輻射及場(chǎng)的敏感探針。獲得并保持原子的高激發(fā)態(tài)在諸如原子芯片，光子晶體等許多新技術(shù)的探索和開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域中都是至關(guān)重要的。激發(fā)態(tài)原子的壽命取決于原子的自發(fā)輻射率，它是輻射原子與外界電磁場(chǎng)零點(diǎn)漲落相互作用的結(jié)果，也就是說(shuō)，輻射場(chǎng)對(duì)原子的自發(fā)輻射率有增強(qiáng)或抑制作用；此外，由于原子和輻射場(chǎng)均受外界環(huán)境的影響，因此，不同的外界環(huán)境對(duì)處于其中的不同偶極

2、距取向的激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射率和壽命分布均有顯著的調(diào)制效應(yīng)。 近年來(lái)，隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的飛速進(jìn)步及理論研究工作的蓬勃發(fā)展，人們愈來(lái)愈關(guān)注外界環(huán)境中的高激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射及壽命分布如何受外界環(huán)境的影響。光子晶體研究熱潮的興起、微裝置捕陷作用以及應(yīng)用場(chǎng)操縱高激發(fā)態(tài)原子的研究也在一定程度上極大地推動(dòng)了對(duì)激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射率及壽命分布受環(huán)境調(diào)制問(wèn)題的研究。 在本課題中，我們主要完成了以下幾個(gè)方面的工作： (1)首先利用二

3、次量子化的原子電子場(chǎng)，結(jié)合邊界條件，對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行量子化得到腔量子電動(dòng)力學(xué)，進(jìn)而給出介質(zhì)夾層空腔內(nèi)不同偶極距取向原子的自發(fā)輻射率公式；利用費(fèi)米黃金定則及矢量勢(shì)的邊界條件計(jì)算了極化原子在全反射平行雙鏡面組成的光學(xué)腔中的自發(fā)輻射率。 (2)計(jì)算了對(duì)稱(chēng)與非對(duì)稱(chēng)式介質(zhì)腔內(nèi)不同偶極距取向的高激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射率及壽命分布，分析了腔的寬度，對(duì)稱(chēng)性，夾層介質(zhì)的折射率以及原子偶極距取向?qū)Ω呃锏卤B(tài)原子的自發(fā)輻射及壽命分布的影響。 (3)

4、我們計(jì)算光學(xué)腔內(nèi)不同偶極距取向的激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射率及壽命分布，同樣分析了腔的厚度，夾層介質(zhì)的折射率及原子偶極距取向?qū)Ω呃锏卤B(tài)原子的自發(fā)輻射及壽命分布的影響，并與介質(zhì)腔中的結(jié)果做了比較。 (4)利用費(fèi)米黃金規(guī)則以及格林方程近似，計(jì)算了全反射單鏡面腔附近的不同偶極距取向的激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射率，用光子的閉合軌道理論成功解釋了原子的自發(fā)輻射隨其偶極距取向的不同而發(fā)生的改變。 論文共分為六章。 第一章為綜述，主要從

5、總體上介紹了關(guān)于激發(fā)態(tài)原子自發(fā)輻射研究的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，對(duì)腔量子電動(dòng)力學(xué)做了簡(jiǎn)要的敘述，同時(shí)介紹閉合軌道理論的特點(diǎn)及研究現(xiàn)狀。 第二章介紹了腔內(nèi)的電磁場(chǎng)。對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行量子化得到腔量子電動(dòng)力學(xué)，利用邊界條件導(dǎo)出介質(zhì)夾層空腔及全反射平行雙鏡面組成的光學(xué)腔內(nèi)的原子的自發(fā)輻射率公式。 第三章應(yīng)用上述公式計(jì)算了對(duì)稱(chēng)與非對(duì)稱(chēng)式介質(zhì)腔內(nèi)不同偶極距取向的激發(fā)態(tài)原子自發(fā)輻射率及壽命分布；分析了在這兩種情況下，腔的厚度對(duì)偶極距取向垂直或平行

6、于腔方向的極化原子自發(fā)輻射及壽命分布的影響，我們可以發(fā)現(xiàn)無(wú)論腔的對(duì)稱(chēng)性如何，隨著腔寬度的增加，兩種偶極距取向的原子的壽命分布曲線會(huì)逐漸分開(kāi)，即出現(xiàn)極化原子自發(fā)輻射的開(kāi)關(guān)效應(yīng)，這是因?yàn)榍坏拇嬖跁?huì)對(duì)偶極距取向垂直于腔方向的原子的自發(fā)輻射產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響其壽命分布，而偶極距取向平行與介質(zhì)腔的原子的自發(fā)輻射不受腔的影響，故這兩種偶極距取向的原子的壽命分布曲線會(huì)分離。 第四章中，為了與介質(zhì)腔結(jié)果作比較，我們計(jì)算了平行雙鏡面組成的光學(xué)腔內(nèi)

7、不同偶極距取向的激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射及壽命分布?？梢园l(fā)現(xiàn)，與介質(zhì)腔中的情況相同，隨著光學(xué)腔厚度的增加，兩種偶極距取向的原子的壽命分布曲線同樣會(huì)分開(kāi)，即出現(xiàn)自發(fā)輻射的開(kāi)關(guān)效應(yīng)。 第五章利用費(fèi)米黃金定律和格林函數(shù)，我們計(jì)算了全反射單鏡面腔附近的不同偶極距取向的原子的自發(fā)輻射率，引進(jìn)標(biāo)度變量，應(yīng)用類(lèi)似于回歸譜的標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)擬周期的自發(fā)輻射率做傅立葉變換，抽取特征頻率，與光子的閉合軌道相對(duì)應(yīng)。我們發(fā)現(xiàn)單鏡面附近激發(fā)態(tài)原子的自發(fā)輻射性質(zhì)可以