局域表面等离激元-量子复合体系中量子干涉的理论研究

局域表面等离激元与量子发射体构成的复合体系具有比其单个子单元更丰富的性质和功能.本文从理论上研究了量子干涉效应对复合体系吸收和散射性质的影响以及对原子体系非线性效应的调控.首先,由于存在不同跃迁通道之间的干涉,体系支持暗表面等离激元诱导的无布居数反转增益和光强依赖的吸收谱效应.其次,结构开放性诱导的干涉使复合体系能够在纳米尺度、中等强度耦合下调控散射场的光子统计性质.最后,基于表面等离激元的各向异性珀塞尔系数,在纳米尺度演示了对于克尔非线性的调控.这些发现丰富了该复合体系的吸收和散射性质以及原子体系的非线性性质,并且有可能用于量子态制备、带通滤波器、折射率传感、光子统计调控、片上的全光非线性器件等方面.     

自旋轨道耦合对串联双量子点电子全计数统计特性的影响

基于粒子数分辨的量子主方程,研究了具有自旋轨道耦合效应的串联双量子点体系的电子计数统计特性。通过分析电极的自旋极化率、量子点的点间隧穿耦合强度以及其能级失谐对前三阶累积矩的影响,发现当量子点的点间隧穿耦合强度与量子点电极耦合强度处于同一量级,且两个量子点的能级失谐大于其自旋轨道耦合强度数倍(约5~10)时,对于电极自旋极化率较大的情形,在仅有单占据态到空占据态参与电子输运的偏压区域内,自旋轨道耦合效应对电流的前三阶累积矩,尤其是高阶累积矩,有一个明显的影响。特别是,通过调节两个量子点的能级失谐,可以找到一个高阶电流累积矩基本上与自旋轨道耦合强度成正比的区域。因此,可以基于电流高阶累积矩定性获取串联双量子点的自旋轨道耦合参数,为其在固态量子计算中的应用提供理论基础。     

四能级Tripod原子系统中相干增强的非线性效应

大的交叉Kerr非线性(又称交叉相位调制(XPM))在量子信息处理中有着非常重要的应用。在热铷原子D1线构建的四能级Tripod系统中,开展了交叉Kerr非线性增强效应的研究,首先通过理论计算和数值模拟出耦合光使探针光和触发光同时产生的电磁感应透明(Electromagnetically Induced Transparency)窗口,即双EIT窗口;然后模拟了当有无触发光(探针光)时,探针光(触发光)的吸收和色散随探针光频率失谐的变化曲线,结果显示当触发光(探针光)的频率失谐接近或者等于耦合光频率失谐的时候,EIT窗口会出现一个显著的变化,即在此处实现了明显的交叉Kerr非线性增强效应。相比已有工作,特点在热的原子气体中,通过选取合适的能级,构建了四能级Tripod型系统,在此系统中计算得到了探针光和触发光同时产生的EIT窗口,并理论模拟了探针光和触发光之间基于该双EIT窗口的交叉Kerr非线性增强效应。     

正常金属/半导体/d波超导体隧道结中的隧穿谱和散粒噪声

利用Blonder-Tinkhanr-Klapwijk(BTK)理论求解了Bogoliubov-de Genner(BDG)方程,再结合Landauer-Büttiker公式,计算正常金属/半导体/d波超导体隧道结系统的隧穿系数,研究了隧穿谱和散粒噪声.在Rashba自旋轨道耦合参数一定的情况下,计算了散粒噪声和隧穿谱随偏压的变化.结果表明,电子入射角度θ和d波超导配对势都可以影响散粒噪声和隧穿谱.研究证明:d波超导体表面有零能束缚态存在;Andreev反射电导可以达到正常隧穿的2倍;散粒噪声被抑制的程度很大;半导体厚度L为3ε0的整数倍与半导体厚度L为非3ε0的整数倍时的散粒噪声和隧穿谱随偏压的变化有明显的区别.     

电磁诱导吸收的研究进展

电磁诱导吸收是光与物质相互作用中表现出来的奇特的非线性效应,对其形成机理及非线性特性的研究具有重要的理论意义和巨大的潜在应用价值.本工作以简并二能级、N型四能级系统和近似简并的Λ型能级系统的研究结果为基础,探讨了电磁诱导吸收的产生条件和本质.结果表明,原子相干对吸收的相长干涉产生电磁诱导吸收,而且其色散谱线在对应频率位置出现了变化剧烈的反常色散,可以引起探测光的群速增快甚至出现负群速,其应用前景正在进一步研究中.     

耦合场调控Λ型和V型联合原子系统中的吸收特性

以量子力学为基础对耦合场调控Λ型和V型联合原子系统中的吸收特性进行理论研究.针对弱探测场情况,采用微扰法求解系统密度矩阵运动方程,通过数值模拟得到系统的探测吸收谱.以耦合场2作为联结场,将耦合场1和耦合场2组成的V型系统以及耦合场2和探测场构成的Λ型系统联系在一起,通过调谐耦合场1的拉比强度控制EIT线宽和多窗口的变化,调谐耦合场2的频率失谐量控制EIT的非线性特性.     

利用电磁诱导透明建立强Kerr非线性和光子开关的单光子失谐容限

在三能级介质中,产生电磁诱导透明的条件是双光子共振,对单光子失谐没有限制．本文得到的结果显示：将微扰引入电磁诱导透明产生强非线性光学效应时,给单光子失谐带来明显限制．具体来说,当电磁诱导透明效应用于制备强Kerr非线性介质和设计光子开关时,单光子失谐量的取值范围应远小于耦合场和信号场的强度比与微扰跃迁的失谐量或衰减速率之积．     

基于共振隧穿结构的压阻系数

以共振隧穿结构为压阻器件可以得到较高的灵敏度,但是当实验选择不同的工作偏压时,这种压阻效应表现得极其不同。由于高灵敏度是依靠较高的I-V曲线斜率获得的,因此最初人们希望选择具有较高峰谷比结构作为器件。但是有些区域的斜率过大,以至于压阻效应失去线性及稳定性而变得没有实用价值。另外,在某些工作区域由于共振隧穿结构本身具有的双稳态特性,而使其完全失去压阻特性。本文对这些问题进行了系统分析,并对一个具体的结构,分析其工作区域及特性,给出最高灵敏度可达700左右。     

暗态共振相干下的非线性增强(英文)

目的研究双暗态共振四能级系统中三阶非线性的增强。方法利用缀饰态理论,得到了弱探测场线性和非线性磁化率的解析表达式。结果与结论结果表明,双电磁感应透明和自克尔非线性的特性可以通过两个耦合场相对强度的改变来控制。     

基于量子算符涨落的非线性隧穿效应

本文主要讨论玻色-爱因斯坦凝聚体系(BECs)中关于量子算符涨落的非线性隧穿效应.通过数值模拟对称双势阱中BECs粒子与非线性作用的演化关系,可以得到在引入量子的算符涨落后,体系同样表现出Josephson效应和自囚禁现象.该理论极大地补充了基于平均场描述和量子描述下的非线性隧穿效应,为BECs的非线性隧穿效应的实验研究提供了理论依据.     

光纤通信中非线性香农极限的突破——光频梳应用及发展趋势

 受限于光纤克尔非线性效应对传输信号质量的影响,光纤通信系统的传输速率和容量难以突破非线性香农极限的限制。利用光频梳的相干特性结合数字信号处理技术突破了早期非线性香农极限的传输性能,有望开启光频梳在下一代光纤通信领域研究的新时代。本文介绍光频梳的定义及产生机制、光频梳在信息通信系统中的最新典型应用、基于光频梳和通信信号处理技术在其他物理科学领域中的交叉应用,探讨了光频梳技术的未来发展方向。     

Atorus-like黑洞的隧穿辐射特征

 采用Parikh量子隧穿方法,研究了一个环似(atorus-like)黑洞的量子隧穿效应.结果表明在能量守恒的条件下,此黑洞事件视界和宇宙视界处粒子的隧穿率与Bekenstein-Hawking熵有关,真实的辐射谱不再是严格的纯热谱,这是对Hawking纯热谱的正确修正.     

基于里德堡原子EIT的微波电场感知

基于里德堡原子电磁诱导透明(EIT)效应的微波电场感知是当前微波信号精密测量和成像领域的研究热点之一.分析了里德堡原子微波电场计的测量原理,介绍了腔内EIT效应增强的微波电场测量方案,光学腔耦合效应压窄光谱线宽,提高了系统的探测灵敏度和鲁棒性;介绍了基于双EIT效应的强度和频率感知微波电场的方法,利用双EIT系统干涉效...     

纳米SrTiO3的光声光谱

采用不同的灵敏度分段对纳米SrTiO3的光声光谱进行了测定,结果表明纳米SrTiO3的光学吸收边比单晶和薄膜有大于0.1eV的蓝移.10nm的样品蓝移量超过0.2eV.运用缺陷能级之间的电子跃迁解释了光声光谱中出现的吸收峰;运用尺寸效应解释了光学吸收边蓝移的原因.     

电阻抗层析成像系统"软场"非线性特性 --基于统计的方法

基于图方法与均匀设计方法，分析了电阻抗层析成像系统中的非线性特性．定义了非线性度。研究了圆域内两子区域的参数变化。采用正态图及半正态图方法分析了5因子2水平的情形，采用8因子6水平进行均匀设计，“最坏”情形的非线性度为-93．265％，并采用基于灵敏度矩阵的双共轭梯度法进行图像重建．结果表明，由于灵敏度矩阵法将各区域的电导率变化与测量电压变化存在的非线性关系线性化，忽略了EIT系统中由于“软场”性质引起的耦合效应，导致图像质量降低及迭代次数不确定；由于不同子区域间的耦合效应，尽管控制迭代次数可实现部分补偿，但基于灵敏度定理的迭代重建算法仍有其局限性，难于重建精确图像．     

倾斜角度对分子器件非弹性电子隧穿谱的影响

本文利用第一性原理计算出十六烷硫醇氟化分子非弹性电子隧穿谱的实验测量结果．理论计算结果表明,当该类型分子与电极表面成55°时,C—H伸缩振动模式对隧穿谱贡献处于整个谱峰的主要地位,而且该振动模式主要来源于与S原子相邻的亚甲基基团的伸缩振动模式．本文的计算结果与实验测量相吻合．     

薄膜材料的非线性折射率和非线性吸收系数研究

介绍了用单光束纵向扫描技术(Z扫描)测量薄膜材料的三阶非线性光学效应方法,研究了薄膜材料的非线性吸收效应对其非线性折射率测量的影响.当非线性吸收和非线性折射共存时,非线性吸收效应使Z扫描闭孔的测量曲线峰谷不对称,当耦合因子ξ=β     

非线性光机械系统中的弱力探测

从理论上研究了包含光学参量放大器的非线性腔光机械系统的弱力探测性能.一方面,发现通过调节光学参量放大器的非线性增益以及输入光场与腔场之间的有效失谐,可以减小压缩正交中约14 dB的量子噪声,从而将弱力探测灵敏度提高2倍以上.另一方面,分析了非线性腔结合零差测量产生的反作用噪声相消现象并且实现量子非破坏测量的方法.     

简并二能级系统中的正负色散(英文)

通过解光学布洛赫方程,考察了简并二能级系统的吸收色散性质。采用一束平行线偏振光(π)泵浦和一束横向线偏振光(σ±)探测,在有磁场的情况下简并被破坏,改变耦合光强时发现了失谐零点正负色散之间的转化,这样我们就得到了慢光速与超光速之间的转变。在其它泵探光场偏振情况下同样有正负色散变化,它普遍存在于简并能级系统中。同时我们还发现了吸收谱中的电磁诱导透明、电磁诱导吸收、Mollow吸收谱型等现象。     

基于Kerr非线性实现电磁感应光栅

本文研究驻波场相干驱动具有自发辐射四能级原子系统,在该原子系统中利用巨Kerr非线性实现电磁感应光栅.当自发辐射效应存在时,Kerr非线性能够提高同时伴随零线性吸收.因此,在驻波场的相干作用下,当耦合场失谐为共振时,能够获得一个纯的吸收光栅即探测场零级衍射最强.然而,在驻波场作用下,当耦合场失谐是非共振时,能够实现一个纯的相位光栅即探测场能被衍射到一级和二级方向.