光子晶體中單原子激光的量子性質(zhì).pdf

1、單原子激光，即單個(gè)原子或單個(gè)量子點(diǎn)與高品質(zhì)因子的光學(xué)微腔的量子場(chǎng)相互作用的系統(tǒng)，是研究新穎的量子電動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的一個(gè)重要的工具。自單原子微波激光器首次在實(shí)驗(yàn)上被實(shí)現(xiàn)后，對(duì)單原子的激光操控一直是激光理論領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。目前，人們主要集中對(duì)單原子激光的量子理論的研究，以及它們?cè)诠庾訉W(xué)、納米技術(shù)和量子信息技術(shù)中的實(shí)際應(yīng)用。 本文首先研究了放置在光子帶隙材料中單原子修飾態(tài)激光體系的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。我們證明在原子的修飾態(tài)之間實(shí)現(xiàn)完全無(wú)閾值的激

2、光是可能的。通過(guò)分析腔場(chǎng)的Mandel's Q參數(shù)來(lái)區(qū)分激光的閾值行為，研究發(fā)現(xiàn)其閾值行為取決于激光躍遷中是否存在自發(fā)輻射。當(dāng)激光躍遷中自發(fā)輻射存在時(shí)，腔場(chǎng)的平均光子數(shù)所呈現(xiàn)的閾值行為表明系統(tǒng)可以作為普通的激光來(lái)操控。而當(dāng)激光躍遷中自發(fā)輻射被禁止時(shí)，在所有的抽運(yùn)值下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)均是無(wú)閾值，它說(shuō)明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)閾值激光。而且我們還發(fā)現(xiàn)在無(wú)閾值的操控下，腔場(chǎng)的平均光子數(shù)隨著抽運(yùn)率的增加是非線性的增加的，并且在這一過(guò)程中伴隨著亞泊松分布的光

3、子統(tǒng)計(jì)。這表明非經(jīng)典的光子統(tǒng)計(jì)可以用來(lái)區(qū)分修飾態(tài)原子激光的非線性操控。 我們還研究了系統(tǒng)的輻射性質(zhì)，在雙重修飾的原子模型中，利用修飾態(tài)之間的躍遷解釋了系統(tǒng)譜線的特征，并分析光子晶體庫(kù)環(huán)境對(duì)原子的熒光譜和腔場(chǎng)的輸出譜的影響。分析表明，隨著原子躍遷頻率與激光場(chǎng)頻率的失諧的變化，系統(tǒng)的譜線發(fā)生了明顯的改變，從雙峰譜線結(jié)構(gòu)變化到多峰譜結(jié)構(gòu)，再?gòu)亩喾遄V結(jié)構(gòu)變化到單峰譜結(jié)構(gòu)。譜線的結(jié)構(gòu)依賴于原子與腔場(chǎng)的耦合強(qiáng)度，腔場(chǎng)的衰減和光子晶體中原子的