非对称单巨原子腔阵列波导QED系统中的单光子散射

研究单巨原子腔阵列波导量子电动力学(quantum electrodynamics, QED)系统在不对称耦合情形下的单光子散射态.在实空间中推导出系统散射振幅的解析解，并据此分析巨原子通过2个耦合点与波导非对称耦合时，耦合的不对称度和耦合点间距等因素对单光子散射谱的影响.发现，如果巨原子2个耦合点非对称度较大，这时无论耦合点间距大小，系统的散射谱均与小原子类似；而如果非对称度较小且耦合点间距较大时，由于巨原子的非偶极效应的影响，散射谱会出现与小原子截然不同的线型.     

一维波导与嵌入原子的微腔耦合的单光子输运

分析单模波导与两个嵌入了二能级原子微腔耦合的单光子输运问题.用实空间方法精确求解单光子透射和反射振幅.结果表明对于腔模-腔模耦合系数,原子-原子耦合强度以及原子-腔模的相互作用强度的调制会影响系统的单光子散射特性,同时微腔与波导耦合点之间的距离会影响波导内干涉效应,从而改变系统的透射率和反射率.     

PT对称多腔阵列单光子散射的研究

以具有PT对称性的一维耦合多腔阵列为研究对象,主要研究散射核中腔的数量为5时单光子的散射行为,以及在散射核中心腔中有原子时对单光子散射的影响.将5个腔核的结果与3个腔核的结果进行了对比.发现合理的调节散射核中腔的数量、增益率(耗散率)、散射核的耦合系数以及加入原子可以很好地调控单光子的传输.     

耦合腔阵列中基于里德堡相互作用调控的量子路由（英文）

建立一个单光子路由器模型,由一个中心腔与作为量子通道的交叉耦合谐振腔波导耦合,中心腔中放置两个具有里德堡相互作用的原子.在经典光场的作用下,一个受Rydberg相互作用调节的三能级原子可被视为一个路由光子的量子发射器.两种Rydberg相互作用对透射光谱有不同的影响.两个不同频率的光子可以被路由,其中一个可通过控制里德堡相互作用和拉比频率关闭,一种频率的光子可以被转移.基于这些特性,该模型是一种实现多频率光子路由器的可行方案,可用于单光子器件的设计.     

多引脚巨原子嵌套耦合于波导系统的电磁诱导透明现象

提出了一个由多引脚巨原子嵌套耦合到微波传输线的理论模型.利用该模型，计算模拟了光子通过波导的总透射率，由此得到巨原子与波导耦合点间的距离对光散射特性的影响.在此基础上，得到了类电磁诱导透明现象.该现象对光量子开关的理论研究和实验设计具有重要的意义.     

嵌入微腔中的量子点散射一维波导中的单光子

本文采用全量子力学的方法研究了嵌入微腔中的量子点散射一维波导中的单光子问题。通过实空间的方法得到了单光子透射和反射振幅。分析表明,通过调节激光脉冲的强度和频率可以实现对一维波导中单光子传输特性的控制。     

原子波导耦合系统的多体量子纠缠产生

利用多体量子纠缠度量,研究了与一维半无限波导耦合的三个两能级原子系统纠缠产生问题.考虑原子之间的距离、原子和波导之间的手性耦合和波导有限界与原子系统的距离对量子纠缠的影响.由于镜子导致的量子反馈,使得量子系统的方程为延迟微分方程.通过求解延迟微分方程,得到原子系统的量子纠缠演化.分析发现和一维无限波导情形相比,耦合于半无限波导的原子系统中产生的量子纠缠能够持续更长时间,而且其动力学特性依赖于原子之间的距离、手性耦合强度和原子的位置.在不考虑延迟情形下,分析了手性耦合对量子纠缠的影响,发现手性耦合强度越大,量子纠缠到达最大值越快,而后更快地衰减到零.研究表明可以通过控制原子之间的距离、手性耦合强度和原子的位置来制备量子纠缠.研究对理解基于波导的多体量子纠缠产生有重要意义.     

注入两原子的纳米腔与一维耦合谐振腔波导作用下的单光子传输

基于单原子纳米腔与一维耦合谐振腔波导（一维CRW）的单光子传输结论，我们从理论上探讨了纳米腔内注入无相互作用的两原子时，该纳米腔与一维CRW相互作用的单光子传输特性。基于薛定谔方程，采用离散坐标法我们主要探究了不同原子与纳米腔耦合强度、零级谐振腔与纳米腔耦合强度、原子频率、波导频率、单光子动量分别对单光子传输特性的影响，主要通过透射概率和反射概率来表征。第二原子的注入会促进全透射区域的增加，且在较弱的原子与纳米腔耦合区域就可以实现理想的全透射。该研究结果不仅拓展了光与物质相互作用的研究，而且有助于实现新的光子器件。     

非理想腔中光场与非全同双原子系统的量子特性研究

研究两个非等同原子与单模光场在非理想腔中的相互作用,利用间距概念比较了光场的量子信息在相互作用前后的差距,并讨论光场光子数、腔场衰减系数、以及原子耦合系数之比对光场量子特性的影响.结果发现:在非理想腔中,由于耗散的影响,光场的末态与初态的偏离程度呈减幅周期振荡,最后达到稳定值,而且偏离程度幅值随光场平均光子数的增大而增大;偏离程度的振荡周期会随双原子之间的耦合系数(g2/g1)发生变化;其达稳定值所需时间随衰减系数的增大而减小,而耦合系数对光场特性的影响可以忽略.最后,研究腔场的衰减对不同的原子初始纠缠态的纠缠特性的影响.     

一维耦合共振波导中单光子的传输

研究了单光子在一维耦合微腔中的传输,在理论上提出了一维耦合共振波导中单光子传输的可调方案.     

基于耦合腔系统的相互作用自由的全光开关

利用量子干涉效应,在耦合腔系统中提出了一个相互作用自由的全光开关方案。在该方案中,两个腔通过光子隧穿效应耦合起来。当一个控制场与第二个腔中的原子相互作用时,信号光直接被第一个腔反射回去,因此信号光与控制光在原子-腔系统中没有发生直接耦合作用。本文方案即使在原子和腔之间不满足强耦合条件时也可以很好工作,从而放宽了实验条件下实现光开关的腔强耦合条件。     

PT对称腔阵列体系中失谐对单光子散射的影响分析

分析了在具有PT对称性的一维线性耦合腔阵列体系中,腔模间的失谐对单光子散射的影响,将失谐时的散射行为与共振情况进行了比较和分析.在一定的频率失谐下,腔间的耦合不同,光子传输行为不同,即频率失谐与耦合强度联系在一起,满足失谐的条件.同时还讨论了频率失谐时耗散/增益率对光子传输的影响,并与共振情况进行了对比.结果表明:失谐会导致发生全反射零透射的波矢区域变宽,同时正负失谐可以从一定程度上抑制增益增强所产生的散射行为的改变;失谐和其他参数一起实现了体系的散射核作为一个光子开关的作用.     

Kerr效应和虚光场对"两个二能级原子-单模光场"系统光子统计演化特性的影响

研究Kerr介质中,非旋波近似下两个二能级原子与单模光场相互作用的平均光子数的时间演化规律,讨论了Kerr效应和虚光场效应对系统光子统计演化特性的影响.结果表明虚光场的影响使系统出现量子噪声,光场频率ω、Kerr介质常量μ和原子间耦合系数g的增大都将使量子噪声减小;原子间耦合系数g和Kerr介质常量μ的增大使光子统计演化的拉比振荡的振幅变小.     

一维光子晶体的量子透射特性

用光的量子理论方法研究一维光子晶体的量子透射特性,先给出一维光子晶体的量子转移矩阵和量子透射率,再计算缺陷层数目、厚度及折射率变化对一维光子晶体量子透射特性的影响.结果表明,缺陷层参数的变化对禁带位置、缺陷模位置和强度均产生影响.     

单模奇相干态光场与耦合双能级原子相互作用系统的量子场熵演化特性

应用全量子理论,研究了单模奇相干态光场与耦合双能级原子相互作用系统的量子场熵演化特性.通过数值计算,分析了光场初始为单模奇相干态且耦合双能级原子分别处于两种不同EPR(Einstein Poclolsky Rosen)态时光场的平均光子数n0、场与原子间相互作用耦合强度g以及原子与原子间偶极相互作用的耦合强度ga对光场量子场熵演化特性的影响.结果表明,量子场熵随时间的演化与原子的初始状态有关;在初始强场(n0 1)条件下,光场与原子纠缠与退纠缠呈现一定的周期性,且存在量子干涉现象;随着g的增大,量子场熵不规则振荡周期逐渐减小;当ga为定值时,量子场熵的时间演化呈现崩坍与回复现象.     

2个原子与2个耗散腔场量子体系中的量子退相干

应用J-C模型与相互作绘景中的密度算符理论,研究了2个相互纠缠的理想腔体中2个二能级Rydberg原子与2个纠缠耗散腔场单光子共振相互作用过程中的量子退相干,得到了2个二能级原子的退相干因子.通过对数值计算,讨论了耗散系数和原子-光场相互作用耦合系数对原子态的量子相干性的演化特性的影响.结果表明,耗散系数和原子-光场相互作用强度不仅影响原子态的量子相干性的演化的振荡性,而且影响其演化的周期性.     

TE波在光子晶体中非互易性传播特性研究

本文研究了TE模式激发下的电磁波在非对称一维光子晶体中的非互易性传播特性。利用传输矩阵法,获得了TE模式电磁波的透射和反射系数,在此基础上数值模拟TE模式电磁波在非对称一维光子晶体中的透射系数。结果表明:在其光子禁带中出现了两个非互易性的透射峰;在结构中非互易性传播的电磁频率随入射波角度的增大而出现蓝移,同时频率间距增大,互异性增强;此外,在结构中回旋介质的回旋磁导率是结构非互易性的基本决定因数之一,随着回旋磁导率的减小,非互易性频率出现红移,同时非互易性频率间距减小,非互易性减弱。     

基于低Q腔的集体旋转无退相干子空间中的量子信息处理

基于低Q腔的单光子输入输出过程实现量子信息处理任务.将2个光子的极化态编码为1个逻辑量子比特,编码方式对于集体旋转噪声免疫.提出了实现原子和逻辑量子比特之间的混合控制相位翻转门,2个逻辑量子比特之间的CNOT门,逻辑量子比特的纠缠制备,原子到逻辑量子比特的量子态转移等方案.     

基于量子绝热捷径技术的光波导分束器设计

用于加快量子绝热“慢”过程的量子绝热捷径技术, 已广泛应用于原子、分子和光物理.基于耦合波导的量子光学类比, 利用量子绝热捷径技术设计光学波导的耦合系数与传播常数, 实现快速的光波导分束器件. 通过数值模拟, 并与共振耦合和绝热耦合波导进行比较. 结果表明, 量子绝热捷径技术所设计的光学波导分束器具有长度短、输出稳定性高的优势.     

一维光子晶体透射特性的量子效应

给出非垂直入射时一维光子晶体的量子透射率,分别研究缺陷层、入射角度、介质层厚度以及介质层折射率对一维光子晶体透射特性的影响,并将所得结果与经典方法所得结果进行比较.结果表明,当光以一定角度入射一维光子晶体时,量子方法与经典方法的结果存在差异,具有一定的量子效应.