非等同两原子-双模热光场系统的腔场谱

为获得两个非等同二能级原子与双模光场相互作用过程的腔场谱特性,通过求解本征方程导出了双模初始光场处于任意强度的热光场时腔场谱的计算公式,给出了数值计算结果．文中还讨论了相对耦合常数和初始场强对腔场谱的影响,发现在相对耦合常数为零且初始场较弱的条件下,两模腔场谱均为双峰结构;随着相对耦合常数的增大,双峰逐渐靠近,到相对耦合常数为1时,每模腔场谱都合并为单峰．随着一模光场平均光子数的增大,本模腔场谱双峰之间的距离减小,而另一模腔场谱双峰之间的距离增大。     

非等同两原子与双模相干态光场相互作用系统的腔场谱

研究了两个非等同二能级原子与双模光场相互作用过程的腔场谱,分析了两模初始场为相干态时谱结构的特性,讨论了相对耦合常数R=g2/g1和初始场强对腔场谱的影响．发现两模的初始场强较弱时以双峰结构为主,两模初始场强较强时以三峰结构为主。     

基于光子晶体环形腔的滤波与分束器件设计

基于光子晶体环形腔与波导之间的共振耦合原理,设计了一款由环形缺陷和线缺陷组成的三端口二维三角晶格光子晶体双功能器件.运用平面波展开法和时域有限差分法分析了光波在器件结构中的传输特性,得到了传输特性曲线和光场分布,然后讨论了环形腔中心柱数量和疏密程度对输出端口透射率的影响.结果表明,通过调节环形腔中心介质柱的数量可进行选频,当环形腔中心柱数量为5时,器件可实现波长1.346,1.455 μm的滤波功能与波长1.414 μm的波束均分功能;根据中心柱水平和竖直方向的间距对透射率的影响规律,得到器件的最佳结构参数,以及器件的滤波与分束波长透射率.     

近红外铌酸锂光栅耦合器耦合效率优化研究

提出了一种基于铌酸锂导模结构的高效光栅耦合器设计方案及其优化的光学激发配置.利用有限时域差分算法对光栅耦合器的耦合效果进行了数值分析;主要研究了光栅周期、光栅占空比、二氧化硅隔离层厚度,以及入射光的偏振和角度对光栅耦合效率的影响;对在共振波长和非共振波长处空间光传播电场图像进行了模拟.理论仿真结果显示,在光栅周期为650 nm、光栅占空比为0.3、刻蚀深度为130 nm时,利用横磁(transverse magnetic,TM)偏振光沿光栅法线夹角17°方向入射,可获得优化的光栅耦合效率～38%,从而有效地将空间光耦合进入铌酸锂亚波长波导薄膜中,这对铌酸锂微纳光栅耦合器的设计和性能应用有借鉴和参考价值.     

耗散腔中双原子与光场非共振相互作用系统的光场压缩

采用数值计算的方法,研究了处于耗散腔中的纠缠双原子与相干光场相互作用系统中光场的压缩特性。讨论了原子与光场间的失谐量、初始光场强度和腔场的衰减对光场压缩的影响。结果表明,初始处于纠缠的两原子与相干光场非共振相互作用时,光场出现压缩现象,其压缩程度随着时间出现周期性振荡,而适当调节初始光场的强度,可增强光场的压缩程度,延长光场的压缩时间,但随光腔衰减的增强,光场的压缩程度逐渐减弱,压缩时间缩短。     

Bell态原子与大失谐腔相互作用的辐射谱

用时问演化算符的方法,研究了两个全同的二能级Bell态原子与腔场大失谐作用时的辐射谱.消相干Bell态原子不产生辐射,其他三个Bell态原子辐射谱频谱结构相同,并且在Fock态光场作用下,辐射谱都呈现单峰结构,而在相干光场和热光场作用下,辐射谱呈现出强度分布不同的多峰结构.     

亚波长铌酸锂薄膜导模共振结构设计及二次谐波转化效率优化

基于亚波长铌酸锂薄膜刻蚀导模共振超表面结构,理论模拟了超表面结构的光学响应特性,探讨了刻蚀微纳结构的周期、填充因子和刻蚀深度等参量对透射光谱的影响,同时研究了不同偏振态和入射角度的光源对光谱线宽的作用;利用非对称的光栅结构设计,使连续谱中的束缚态(bound states in the continuum, BIC)衰退为高Q值(>10 000)的准BIC模式;利用束缚态的局域场增强效应,将亚波长铌酸锂薄膜的二次谐波转化效率提升了5个数量级.模拟结果表明,当入射基频波的峰值功率密度在约1 GW/cm²量级时,可实现紫外波段二次谐波高效转化,即单次穿过亚波长铌酸锂薄膜后,出射的紫外波段二次谐波转化效率高达10^-3量级.这为提升微纳结构、光学表界面体系的非线性响应特性提供了思路和设计方案.     

空心方形银纳米结构的光学性质

应用离散偶极子近似方法计算了空心方形银纳米结构的消光光谱及其近场电场分布,并与U形银纳米结构的计算结果进行了比较. 结果发现, 空心方形纳米结构和U形纳米结构具有不同的电子振动模式; 在主共振峰波长入射时, 空心方形纳米结构拥有更强的电场增强和更大面积的强电场分布. 这些结果表明空心方形纳米结构更适合于作为表面增强拉曼散射的基底, 并用于生物分子或者化学分子的探测. 另外, 可以通过改变空心方形纳米结构的边长和尺寸来调节其等离子体共振峰的位置, 以满足其在表面增强拉曼散射等等离子体光子学方面的应用.     

耗散原子-腔场复合系统中线性熵的演化特性

应用全量子理论研究了两个纠缠的耗散腔场与穿过其中一个腔场的二能级Rydberg原予相互作用过程中原子的线性熵、两个腔场的线性熵及原子-腔场复合系统的线性熵的演化特性.通过数值计算,讨论了共振情况下耗散常数和原子-光场相互作用耦合强度对原子的线性熵、两个腔场的线性熵及原子-腔场复合系统的线性熵演化特性的影响.结果表明:原子的线性熵、两个腔场的线性熵、原子-腔场复合系统的线性熵的演化都较强地依赖于原子-光场相互作用耦合强度和耗散常数.耗散常数和原子-光场相互作用强度不仅影响量子场熵演化的振荡性,而且影响线性场熵演化的周期性.     

基于MIM波导缺陷谐振环结构的传输特性研究

应用时域有限差分方法(FDTD)研究了基于金属-介质-金属(MIM)波导缺陷谐振环结构的传输特性.该结构由一通道波导和位于通道上方的缺陷谐振环组成,与无缺陷谐振腔结构相比,缺陷谐振环结构破坏了环形腔原有的共振模式,从而呈现出新颖的滤波特性.当缺陷尺寸发生改变时,谐振环有效长度发生变化,通过调整缺陷的尺寸,可以有效调节滤波波长,其数值计算值与传输线理论值基本吻合.此外,通道波导与谐振环间的耦合强度在一定程度上依赖于缺陷的位置,因此通过调节缺陷的位置可以有效控制滤波强度.与其他滤波器相比,此结构在不改变结构总尺寸的情况下,可调节滤波波长,实现了更宽频段的滤波,并有效调节其透射率.当缺陷尺寸设定为某一特定值时,能实现模式间的简并,提高滤波性能.     

Optimization of nanocavity field enhancement using two-dimensional plasmonic photonic crystals

We have investigated the influence of Ag nanorod radius(r)on the resonant modes of a two-dimensional plasmonic photonic crystal(PPC)with dipole sources embedded into the central vacancy area,using finite-difference time-domain methods.Both the localized surface plasmon(LSP)mode of individual Ag nanorods and the resonant cavity mode of PPC are found to vary as a function of r.The resonant cavity mode is strongly enhanced as r is increased,while the LSP signal will eventually become no longer discernable in the Fourier spectrum of the time-evolved field.An optimized condition for the nanocavity field enhancement is found for a given PPC periodicity(e.g.d=375 nm)with the critical nanorod radius rc=d/3.At this point the resonant cavity mode has the strongest field enhancement,best field confinement and largest Q-factor.We attribute this to competition between the blocking of cavity confined light to radiate out when the cavity resonant frequency falls inside the opened photonic stopband as r reaches rc,and the transfer of cavity mode energy to inter-particle plasmons when r is further increased.     

Vacuum Rabi splitting with a single quantum dot in a photonic crystal nanocavity

Cavity quantum electrodynamics (QED) systems allow the study of a variety of fundamental quantum-optics phenomena, such as entanglement, quantum decoherence and the quantum-classical boundary. Such systems also provide test beds for quantum information science. Nearly all strongly coupled cavity QED experiments have used a single atom in a high-quality-factor (high-Q) cavity. Here we report the experimental realization of a strongly coupled system in the solid state: a single quantum dot embedded in the spacer of a nanocavity, showing vacuum-field Rabi splitting exceeding the decoherence linewidths of both the nanocavity and the quantum dot. This requires a small-volume cavity and an atomic-like two-level system. The photonic crystal slab nanocavity--which traps photons when a defect is introduced inside the two-dimensional photonic bandgap by leaving out one or more holes--has both high Q and small modal volume V, as required for strong light-matter interactions. The quantum dot has two discrete energy levels with a transition dipole moment much larger than that of an atom, and it is fixed in the nanocavity during growth.     

点缺陷、线缺陷耦合THz波全光开关特性研究

采用基于时域有限差分技术的数值模拟方法,研究了点缺陷和线缺陷复合的光子晶体结构,分析了在不同功率强度下入射光的透射行为。分析结果发现,当入射光频率与缺陷模谐振频率相等时,点缺陷束缚入射光,入射光透射率表现为“断”的状态;当入射光频率与缺陷模中心频率不相等时,入射光透射率表现为“通”的状态。而改变入射光功率强度会使缺陷模的位置发生移动,从而实现了THz波透射率调制的功能。该结论为设计THz波全光开关提供了重要依据。     

双侧激励源对热声制冷谐振腔内声场分布的影响

超声磁致伸缩换能器作为热声制冷机的激励元件,其输出声场强度直接影响热声制冷的效率。为提高谐振腔内直观的声压幅值,在单侧磁致伸缩换能器激励的基础上,集合声波相干理论,应用有限元软件ATILA模拟了双侧激励情况下,不同长度谐振腔与激励相位的匹配关系对谐振腔内声压幅值的影响,并与单侧激励谐振腔内声压幅值做比较。研究结果表明:相同激励力情况下,双侧激励(170 mm受同相激励,340 mm受反相激励)谐振腔内产生的平面驻波声场更加稳定、单色性好、声压幅值是单侧激励的1.78(半波长谐振腔)/1.81倍(一个波长谐振腔),均接近于2倍关系。以上研究成果对双侧激励源的相位与谐振腔长度的匹配工作提供了实验依据。     

基于有限元数值方法的金属材料内壁缺陷超声频谱特性研究

根据金属材料内壁缺陷的特点,建立了吸收边界和自由边界相结合的模拟模型,对含有不同宽度内壁凹陷形平底槽缺陷的模型进行了超声频谱特性模拟研究。通过对波场快照、时域信号和频谱分析得到了不同尺寸平底槽对声波传播频谱特性的影响以及中心频率、带宽、半波高宽度和峰值等呈规律性变化的频域特征量。研究结果对超声检测频谱分析技术的理论和实验提供了参考。     

基于原子与腔场的共振相互作用制备Schrodinger Cat态

提出了一个制备 Ｓｃｈｒｏｄｉｎｇｅｒ ｃａｔ态的方案。它是基于一个单模腔场与二能级原子的强度相关耦合的共振相互作用，通过对原子的态的选择性测量可使腔场坍缩为 Ｓｃｈｒｏｄｉｎｇｅｒ ｃａｔ态。 且Ｓｃｈｒｏｄｉｎｇｅｒ ｃａｔ态中相干分量的相位和权重因子可调。     

复合材料Ⅰ+Ⅱ混合型周期平行裂纹尖端场

研究了裂纹面内均匀载荷作用下的正交各向异性复合材料板周期平行裂纹尖端场问题。利用复变函数方法,将力学问题化为偏微分方程边值问题。根据叠加原理,将偏微分方程边值问题化为Ⅰ型和Ⅱ型两个边值问题求解。在复数域内,利用双曲函数的周期性,通过构造适当的Westergaard应力函数,将周期平行裂纹尖端场问题化为单一裂纹尖端场问题。得到混合型周期平行裂纹尖端附近的应力强度因子和应力场的解析表达式。由于平行裂纹的周期性分布,应力强度因子的大小取决于形状因子。所得结果表明,当裂纹间距趋于无穷大时,应力强度因子退化为含单个中心裂纹时的结果,并且所得到的解析解更好的体现了平行裂纹分布的周期性。研究结果为结构和材料的强度设计提供了有意义的参考。     

经典的大周期驻波场中原子束的折射

研究了一个二能级原子与大周期驻波场共振相互作用的动力学问题,利用使演化算符因子化的Wei-Norman方法获得了问题的精确解.对于不同的初始条件,研究了原子束从腔场的折射.     

含复折射率缺陷的一维线性函数光子晶体的电场特性

用传输矩阵法计算光在掺杂金属缺陷的线性函数光子晶体中的电场分布, 考察缺陷层位置、 层数以及光子晶体半周期数对电场分布的影响, 并与不含缺陷的结构进行比较. 结果表明, 有缺陷光子晶体的电场分布强度明显增强.