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.     

耦合谐振子的量子绝热捷径设计

量子绝热捷径技术旨在加快量子绝热慢过程, 已经被广泛用于原子的冷却、转移等量子信息处理过程. 研究耦合谐振子模型的量子绝热捷径设计及其热机应用, 基于耦合谐振子模型的量子不变量, 首先得到 Ermakov 方程, 然后反设计耦合谐振子频率, 最终加快绝热过程而不产生末态激发. 本工作为耦合谐振子的量子态操控及超绝热量子热机提供了新思路.     

半导体量子点中电子态的绝热捷径控制

量子态的精确制备和相干控制是量子信息处理和固态量子计算中的重要任务. 近年来, 量子绝热捷径技术已经被广泛用于原子的冷却、转移等量子信息处理过程, 旨在加快绝热慢过程, 提高量子态制备和传输的保真度. 介绍了量子绝热捷径技术中不变量反控制法、量子无摩擦动力学等不同方案在 半导体量子点中电子态快速且高保真的控制应用, 并分析了各类方法以及环境退相干等系统因素对量子态操控的影响.     

非局域非线性介质中孤子的绝热捷径压缩

近年来,量子绝热捷径(shortcut to adiabaticity,STA)技术被用以加速缓慢的绝热过程.基于光学类比方法,采用结合变分法和绝热捷径技术的反控制方法研究非局域非线性介质中孤子的快速压缩,并与绝热压缩技术进行了对比.研究结果表明,非局域对于非线性具有抑制作用,非局域度越大,绝热压缩技术需要的传播距离越长,使得在非局域介质中用绝热方法压缩孤子变得比较困难,而绝热捷径技术却依然可以在短距离内有效压缩孤子,优势明显.     

新型基片集成波导三孔定向耦合器的设计

利用矩形波导多孔定向耦合器理论和基片集成波导与矩形波导的等效关系,设计了基片集成波导三孔定向耦合器。通过在耦合孔的上金属面开哑铃形槽来增加能量的耦合,从而提出一种新型的三孔定向耦合器。实验结果表明:该耦合器在8.6 GHz-10.6 GHz的频率范围内,输入端反射系数和隔离口的电压传输系数均小于-15 dB,相对带宽达到20％,通带内直通口与耦合口的电压传输系数均在-8.2 dB--3.3 dB之间,耦合度约为6 dB,隔离度大于15 dB,性能获得了较大提高。该耦合器设计方法简单,加工成本低廉,可以广泛用于微波毫米波系统中。     

基于绝热量子演化的量子状态转换方法

量子算法成功的标志体现为实现了正确的量子状态转换,这一过程主要通过适当的量子算符来实现。然而,事实证明寻找合适的量子算符是非常困难的。之前大多数研究主要采用机器学习的方法解决这一问题,这些算法与以酉量子操作为特征的量子电路模型有较大差距,也难以分析其在量子计算机上的实现。提出利用绝热量子演化实现量子状态的转换,与标准量子计算模型相比,量子状态的转换更加直接,也不用考虑算符的酉性,因此是在量子计算及量子通信中值得借鉴的量子状态转化方法。     

X波段波导窄边定向耦合器的设计

本文简述了波导窄边定向耦合器的基本原理及其应用.经过理论分析、在两种形状耦合孔之间进行比较,最终选择了圆形的耦合孔,给出了电磁场软件仿真和实际测试的结果.测量结构与仿真结果基本吻合.通过试验验证了该设计方法的正确性.根据本文介绍的方法,可以设计其它频率的或面耦合方式的定向耦合器.     

弯曲光子学波导定向耦合器

采用数值模拟的方法,利用光束传输法（BPM）研究了光波在弯曲型光子学波导耦合器中的动力学传输规律。发现波导的折射率调制深度、耦合器之间的间距、每个波导的弯曲振幅都对光波的传输行为有很大的影响。此结果为利用弯曲波导调节和控制光波传输,实现全光开关和定向耦合器提供了新的思路和方法。     

绝热量子计算

着重从物理学和计算机科学角度阐述和分析绝热量子计算:首先介绍绝热量子计算的基本原理及其计算能力,然后通过绝热量子计算与传统量子计算的性质和物理实现方式的对比阐述前者的某些优势,在此基础上介绍绝热量子算法,最后探讨了绝热量子计算的前景及发展趋势。     

16×16波导型光纤星形耦合器

本文给出了作为波导型光纤星形耦合器混合区的矩形波导的设计原理。指出当波导的长宽比在２０～２５之间时，波导输出不均匀度在１ｄＢ以内，实验结果与此吻合。测量得到的耦合器的传输矩阵表明耦合器的平均超额损耗为５．２２ｄＢ，最大偏差分别为＋１．１７ｄＢ和－１．６９ｄＢ。     

一维量子波导中的Rashba电子输运

主要研究了平面一维波导系统中的Rashba电子波函数的输运性质,得到了如下的结果.根据Rashba效应,能量为E的平面电子波,将分裂成波矢分别为k1=k0＋kδ与k2=k0-kδ的两种波函数,其自旋取向与波导的夹角分别为＋π/2（自旋向上态）与＋π/2（自旋向下态）.若在支路的终端是栅极或者铁磁接触,则相应的波函数成为驻波形式exp（±ikδl）sin[k0（l-L）],其中L是支路的长度,l是支路内的坐标.与不考虑自旋的情况不同的是,Rashba电子波函数的相位与支路的取向角度θ有关.此外,两种自旋取向的波传播的群速度相同,都是-k0/m＊.在各支路结点处,由波函数的连续性和流密度守恒条件,得到了Rashba电子波函数所必须满足的边界条件.利用这些边界条件,我们研究了Rashba电子在一些结构中的透射和反射性质,发现自旋向上和向下的Rashba电子波函数的干涉效应将受到铁磁接触或栅极的调制.最后得到了多分支结构中,Rashba电子输运的一般性理论.我们提出的Rashba电子的一维量子波导理论可以被用来设计各种自旋极化器件.     

波导芯层折射率不同的定向耦合器研究

利用耦合理论研究了芯层折射率不同的定向耦合器的耦合特性,得到了其耦合波方程的通解.给出了不同入射条件下波导耦合引起的光场功率和相位的变化特性,并与通常理论研究的等芯层折射率的结果进行了比较.特别指出,等芯层折射率的光波导耦合特性是本文所研究耦合特性的特例,对于芯层折射率不同的双波导定向耦合器,当光从折射率较大的波导入射时,两波导中的光场功率存在着周期性的不完全交换,芯层折射率较大的波导相对于另一波导的相位差有起伏地反向增大,而等芯层折射率时两波导间有周期性的完全功率交换,光场间相位差为π/2;当等强度光从两个波导入射时,光在两波导传输过程中存在功率交换,芯层折射率较大的波导相对于另一波导的相位差有起伏地增大,而等芯层折射率时两波导间没有功率交换,光场等振幅、等相位传播.     

两种非线性二波导耦合器传输特性的比较分析

用一种简便的方法计算并分析了Jensen与Deering提出的两种非线性二波导耦合器,它们具有由两个非线性波导嵌入线性波导而成的类似结构,不同的是所用非线性波导材料分别具有二阶、三阶非线性.分析的结果有效地给出了耦合器的两个波导中强度和相位变化的信息,从而得到并比较了它们的开关特性,为设计二波导耦合器光开关提供了一种分析方法.     

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。     

光子晶体波导耦合器的选频特性的研究

本文利用时域有限差分法(FDTD)和平面波展开法(PWM)设计了一种平板状三通道的光子晶体波导耦合器,使每一个输出通道仅通过一个波长,在1550nm附近,可实现多波长分路输出选择,输出波长的通道间距为31nm,且输出峰值尖锐,频率间的隔离度高,选频性能更加优越的优点,可应用于波分复用(WDM)系统中的分频、选频、滤波和波长增删、波分复用/解复用器等方面。     

电子在波导管中的输运研究

我们用量子散射矩阵方法,从数值上研究了宽窄宽量子线的结构常数和结构中杂质对电子输运性质的影响.研究的具体模型为有限截面的电子波导管.数值结果告诉我们模型中电子的透射几率对模型的结构常数非常敏感;并被吸引势或排斥势抑制着,而且随着势的绝对值的增大,抑制作用增强;排斥势和吸引势的作用几乎相同.     

低温下三种凸型量子波导中的热输运

利用弹性近似模型和散射矩阵方法 ,对比研究了低温下的声学声子在等宽波导、变窄波导、变宽波导中的输运性质.计算结果 表明,不同类型的凸型量子波导既有相似的性质也有各自的特点.这些性质有助于人们实现人工控制纳米结构中的热输运,同时为设计实用的声子滤波器提供理论参考.     

绝热极限下HMMC链中的量子晶格涨落效应

准一维HMMC链的物理结构和相互作用特点决定着系统各种对称破缺基态存在的可能性。为分析电声子相互作用和二聚化位移,从Hamiltonian模型出发,采用正则变换和位移变换,引进电子一声子散射函数,对绝热极限条件下HMMC链系统进行了研究。讨论了系统的二聚化相变、能隙、准粒子激发能谱等,并根据基态能量应满足的变分极值条件,得到确定格点位移二聚化序参量的自洽方程。结果表明,在绝热极限情况下,当电声子耦合强度很小时,系统的二聚化非常弱。随着电声子耦合强度的不断增强,系统的二聚化程度不断增大。