拉曼增益介質(zhì)中關(guān)聯(lián)光子的產(chǎn)生及量子噪聲特性.pdf

1、受激拉曼現(xiàn)象是光與物質(zhì)相互作用過程中所表現(xiàn)出來的一種非線性效應(yīng)。利用該非線性效應(yīng)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的光子是近年來量子光學(xué)和量子信息科學(xué)交叉領(lǐng)域的前沿研究課題之一。本文以量子力學(xué)及受激拉曼過程的實(shí)驗(yàn)和理論研究為基礎(chǔ),建立了雙∧-型四能級原子系統(tǒng)和∧-型三能級原子系統(tǒng)與光場耦合的量子光學(xué)模型。通過求解相應(yīng)的Langevin-Heisenberg運(yùn)動方程,研究了用受激拉曼增益系統(tǒng)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的(2+1)光子源,以及受激拉曼增益系統(tǒng)的量子噪聲特性,得到了一些

2、有價值的理論研究成果。 第一章簡述了拉曼增益系統(tǒng)、非經(jīng)典的雙光子光源、量子噪聲三個方面的知識,介紹了受激拉曼系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識和性質(zhì),目前實(shí)驗(yàn)和理論上實(shí)現(xiàn)非經(jīng)典的雙光子光源的方案及研究進(jìn)展,量子噪聲的起源、分類、處理方法以及性質(zhì)。 第二章我們提出了一個在雙∧-型的四能級原子介質(zhì)中利用受激拉曼和四波混頻過程產(chǎn)生(2+1)光子源的方案(所謂的(2+1)光子源,就是其中的光子“1”一旦用作為觸發(fā)開關(guān),將會產(chǎn)生一個關(guān)聯(lián)或糾纏的光子對

3、(也就是“2”))。在該方案中,一旦一個單光子被注入到四能級原子系綜,通過低增益的受激拉曼過程立即產(chǎn)生一個與注入的光子同方向的光子(這樣會得到兩個光子,其中一個光子就是“1”用作觸發(fā)開關(guān)),同時另一個通道利用四波混頻過程產(chǎn)生“2”中的另一個光子,這樣我們就可以得到關(guān)聯(lián)的(2+1)光子對。這種關(guān)聯(lián)的(2+1)光子對比利用參量下轉(zhuǎn)換和基于EIT過程產(chǎn)生的光子對有一定的優(yōu)點(diǎn),比如產(chǎn)生光子對的方向性比較好,同時我們可以用量子探測場中的一個光子做

4、聯(lián)合計數(shù),剩下的光子對可以用于其他的實(shí)驗(yàn)。 本論文的另一重要內(nèi)容是量子化光場的噪聲特性。 第三章主要研究的是∧-型三能級受激拉曼系統(tǒng)中,原子系綜與相干控制場以及量子探測場相互作用時,受激拉曼系統(tǒng)中的響應(yīng)函數(shù)、響應(yīng)時間以及受激散射的量子化光場噪聲特性。我們數(shù)值計算了引入具有壓縮特性的量子光場,散射后量子光場的噪聲特性。發(fā)現(xiàn)隨著Rabi振蕩頻率的降低噪聲也隨著降低,在一定的情形下真空漲落導(dǎo)致的噪聲可以通過調(diào)節(jié)參數(shù)壓制的很低。